Kierteiset säteet erottavat antiferromagneettiset tilat

29. huhtikuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Käyttämällä Advanced Light Sourcessa (ALS) luotuja spiraalimaisia ​​röntgensäteitä tutkijat erottelivat antiferromagneettisen hilan energeettisesti vastaavien ("degeneroituneiden") tilojen välillä.Fyysinen arviointi B, “Antiferromagnetic real-space configuration probed by dichroism in scattered x-ray beams with orbital angular momentum”). Työ osoittaa näiden säteiden potentiaalin tutkia ominaisuuksia, joihin muuten ei olisi pääsyä, ymmärtää paremmin perustavanlaatuisia kiinnostavia ilmiöitä ja sovelluksiin, kuten esim. spintroniikka. (a) Tässä kokeessa ympyräpolarisoidut röntgensäteet sirotettiin antiferromagneettisella ryhmällä, jossa oli hilavirhe, mikä tuotti spiraalisäteitä, joilla oli sekä positiivinen että negatiivinen kierteinen orbitaalinen kulmamomentti (OAM). (b) Tuloksena olevat diffraktiokuviot vaihtelevat säteen polarisaatiosta ja helisiteetistä riippuen (vaikutus tunnetaan dikroismina). Piikeillä, joiden diffraktioluokka (H) on +1 ja -1, on positiivinen ja negatiivinen helisiteetti (ℓ), vastaavasti. Jokaisella huipulla on puoliksi positiivinen (punainen) ja puoliksi negatiivinen (sininen) pyöreä dikroismi, jossa kuvio on käännetty vastakkaisille heliiteeteille. (Kuva: Berkeley Lab)

Röntgensäteet kierteellä

Röntgenkokeet ovat tärkeä työkalu materiaalien elektronisten ja magneettisten ominaisuuksien ymmärtämisessä. Röntgensäteiden polarisaatiota (eli värähtelevän sähkömagneettisen kentän suuntaa) käytetään usein anisotropian tai kiraalisuuden tutkimiseen. Röntgensäteiden ominaisuus, jota ei ole vielä hyödynnetty kokeissa, on niiden orbital Angular Momentum (OAM). Röntgensäteillä, joissa on OAM, on atsimuuttisesti vaihteleva vaihe, mikä tarkoittaa, että vaihe kiertyy röntgensäteiden eteneessä. Tämä johtaa gradienttiin sähkömagneettisessa kentässä, mikä voi aiheuttaa kiertyneillä fotoneilla erilaisia ​​vuorovaikutuksia materiaalien kanssa. OAM-röntgensäteiden helicity on ℓ = ±1, mikä vastaa sitä, kiertyykö vaihe myötä- vai vastapäivään. Samalla tavalla kuin polarisaatiota käytetään kokeissa, OAM:a voidaan käyttää kiraalisuuden ja magnetismin sekä mahdollisesti eksoottisempien ominaisuuksien, kuten topologian, tutkimiseen. Se voisi myös parantaa röntgenkuvaus- ja mikroskopiatekniikoiden resoluutiota. Tässä työssä tutkijat osoittivat, kuinka helicity-riippuvaisia ​​vaikutuksia resonanssiröntgensironnassa (RXS) voidaan käyttää hilan magneettisen konfiguraation tutkimiseen.

Kierretyn valon luominen

Yksi tapa luoda röntgensäteitä OAM:lla on sirota topologisesta viasta. Tässä permalloy-nanomagneettien neliömäinen hila syntetisoitiin piisubstraatille. Kaksi ylimääräistä nanomagneettia asetettiin keskelle topologisen reunavian luomiseksi. (a) Pyyhkäisyelektronimikroskoopin kuva nanomagneettiryhmästä, jossa on topologinen vika. (b) Magneettinen konfiguraatio PEEM XMCD:llä mitattuna osoittaa hilan antiferromagneettisen järjestyksen. (Kuva: Berkeley Lab) ALS Beamline 11.0.1.1:ssä magneettisen konfiguraation kuvaamiseen käytettiin fotoemission elektronimikroskopiaa (PEEM) röntgenmagneettisella ympyrädikroismilla (XMCD). Tulokset osoittivat, että nanomagneetit järjestyvät antiferromagneettisesti, jolloin magnetoitumissuunta vaihtuu vierekkäisten nanomagneettien suhteen. Sen tutkimiseksi, mitä OAM-säteet voivat paljastaa antiferromagneettisesta hilasta, suoritettiin RXS-kokeita ympyräpolarisoidulla valolla ALS Beamline 7.0.1.1:ssä (COSMIC Scattering). Nanomagneeteista saatu sironta loi säteitä, joilla oli sekä positiivinen että negatiivinen OAM-kierteet, ja pyöreädikroismia käytettiin vertaamaan vastakkaisen helisiteetin säteitä erillisissä antiferromagneettisissa huipuissa.

Helicity-riippuvainen sironta

Tutkijat havaitsivat, että pyöreällä dikroismilla on selkeä kuvio, joka on käännetty vastakkaisen helisiteetin säteille. Lisäksi antiferromagneettinen hila muodostuu jompaankumpaan kahdesta degeneroituneesta perustilasta, ja kierukkariippuvaista ympyrädikroismia voidaan käyttää erottamaan ne toisistaan. Antiferromagneettisen perustilan muuttaminen. Kun lämmitetään 380 K:een ja jäähdytetään takaisin huoneenlämpötilaan, toinen kahdesta antiferromagneettisesta perustilasta muodostuu sattumanvaraisesti. Tässä esitetään huoneen lämpötilan dikroismi jokaiselle kuudesta lämpösyklistä. (Kuva: Berkeley Lab) Koska nämä kaksi perustilaa ovat rappeutuneet, niiden pitäisi muodostua yhtä todennäköisyydellä, jos antiferromagneetti kuumennetaan ja palautetaan huoneenlämpötilaan. Tämän testaamiseksi nanomagneettiryhmä kuumennettiin toistuvasti 380 K:een ja jäähdytettiin. Huoneenlämpötilassa molemmat kokoonpanot ilmestyivät suunnilleen yhtä todennäköisyydellä, kuten odotettiin satunnaiselle lämpökytkennälle kahden rappeutuneen perustilan välillä. Tämä on yksi ensimmäisistä kokeista, jotka osoittavat, kuinka valon heliiteettiä voidaan käyttää magnetismin tutkimiseen. Tietoa hilan reaaliavaruuden magneettisesta konfiguraatiosta ei yleensä ole saatavilla tällaisissa kokeissa, joten tämä työ osoittaa OAM-säteiden potentiaalin saada tietoa enemmän kuin mitä tyypillisesti saadaan muissa kokeissa. Lupaavia tulevaisuuden keinoja ovat OAM-säteiden käyttö perinteisten antiferromagneettien resonanssidiffraktiotutkimuksissa, domeenin seinämien ja vikojen nanodiffraktiotutkimuksissa ja, jos OAM-sädettä voidaan käyttää tiettyjen spin-alihilojen mittaamiseen, spinvirtojen suoraan mittaamiseen.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62919.php