Balok spiral membedakan keadaan antiferomagnetik

29 Apr 2023 (Berita Nanowerk) Dengan menggunakan sinar x-ray spiral yang dihasilkan di Advanced Light Source (ALS), para peneliti membedakan antara keadaan yang setara secara energetik (“degenerasi”) dalam kisi antiferromagnetik (Ulasan Fisik B, “Antiferromagnetic real-space configuration probed by dichroism in scattered x-ray beams with orbital angular momentum”). Penelitian ini menunjukkan potensi sinar-sinar ini untuk menyelidiki sifat-sifat yang tidak dapat diakses, untuk lebih memahami fenomena yang menjadi kepentingan mendasar dan untuk aplikasi seperti spintronik. (a) Dalam percobaan ini, sinar-x terpolarisasi sirkular dihamburkan oleh susunan antiferromagnet dengan cacat kisi, menghasilkan berkas spiral dengan momentum sudut orbital (OAM) dengan helisitas positif dan negatif. (b) Pola difraksi yang dihasilkan berbeda-beda bergantung pada polarisasi dan helisitas berkas (efek yang dikenal sebagai dikroisme). Puncak dengan orde difraksi (H) +1 dan -1 masing-masing mempunyai helisitas positif dan negatif (ℓ). Setiap puncak mempunyai dikroisme melingkar setengah positif (merah) dan setengah negatif (biru), dengan pola terbalik untuk helisitas berlawanan. (Gambar: Lab Berkeley)

Sinar X-ray dengan twist

Eksperimen sinar-X adalah alat penting untuk memahami sifat elektronik dan magnetik suatu material. Polarisasi (yaitu, arah osilasi medan elektromagnetik) sinar-X sering digunakan untuk menyelidiki anisotropi atau kiralitas. Sifat sinar-X yang belum digunakan dalam eksperimen adalah momentum sudut orbital (OAM). Sinar-X dengan OAM memiliki fase yang bervariasi secara azimut, yang berarti fase tersebut berubah seiring dengan perambatan sinar-X. Hal ini menyebabkan gradien medan elektromagnetik, yang dapat menyebabkan foton yang terpelintir memiliki interaksi berbeda dengan material. Sinar-X dengan OAM memiliki helisitas ℓ = ±1, yang sesuai dengan apakah fase berputar searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Mirip dengan bagaimana polarisasi digunakan dalam eksperimen, OAM dapat digunakan untuk menyelidiki sifat kiralitas dan magnetisme, dan potensi sifat yang lebih eksotis seperti topologi. Hal ini juga dapat meningkatkan resolusi pencitraan x-ray dan teknik mikroskop. Dalam karya ini, para peneliti menunjukkan bagaimana efek ketergantungan helisitas dalam hamburan sinar-x resonansi (RXS) dapat digunakan untuk menyelidiki konfigurasi magnetik suatu kisi.

Menciptakan cahaya memutar

Salah satu cara untuk membuat sinar X-ray dengan OAM adalah dengan menyebarkan cacat topologi. Di sini, kisi persegi nanomagnet permalloy disintesis pada substrat silikon. Dua nanomagnet tambahan dimasukkan ke tengah untuk menciptakan cacat tepi topologi. (a) Gambar pemindaian mikroskop elektron dari susunan nanomagnet dengan cacat topologi. (b) Konfigurasi magnet, diukur menggunakan PEEM XMCD, menunjukkan susunan kisi antiferromagnetik. (Gambar: Lab Berkeley) Pada ALS Beamline 11.0.1.1, mikroskop elektron fotoemisi (PEEM) dengan dichroism sirkular magnetik sinar-x (XMCD) digunakan untuk menggambarkan konfigurasi magnetik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa nanomagnet tersusun secara antiferromagnetik, dimana arah magnetisasi bergantian pada nanomagnet yang berdekatan. Untuk menyelidiki apa yang dapat diungkapkan oleh sinar OAM tentang kisi antiferromagnetik, eksperimen RXS dilakukan dengan cahaya terpolarisasi sirkular di ALS Beamline 7.0.1.1 (Hamburan COSMIC). Hamburan dari nanomagnet menciptakan berkas dengan helisitas OAM positif dan negatif, dan dichroism melingkar digunakan untuk membandingkan berkas helisitas berlawanan pada puncak antiferromagnetik yang berbeda.

Hamburan yang bergantung pada helisitas

Para peneliti menemukan bahwa dichroism melingkar memiliki pola yang berbeda, yang dibalik untuk sinar helisitas yang berlawanan. Lebih jauh lagi, kisi antiferromagnetik terbentuk di salah satu dari dua keadaan dasar yang merosot, dan dikroisme melingkar yang bergantung pada helisitas dapat digunakan untuk membedakan keduanya. Mengubah keadaan dasar antiferromagnetik. Ketika dipanaskan hingga 380 K dan didinginkan kembali hingga suhu kamar, salah satu dari dua keadaan dasar antiferromagnetik terbentuk secara acak. Di sini, dikroisme suhu ruangan ditampilkan untuk masing-masing dari enam siklus termal. (Gambar: Lab Berkeley) Karena kedua keadaan dasar tersebut mengalami degenerasi, keduanya akan terbentuk dengan probabilitas yang sama jika antiferromagnet dipanaskan dan dikembalikan ke suhu kamar. Untuk mengujinya, susunan nanomagnet berulang kali dipanaskan hingga 380 K dan didinginkan. Pada suhu kamar, kedua konfigurasi muncul dengan probabilitas yang hampir sama, seperti yang diharapkan untuk peralihan termal acak antara dua keadaan dasar yang mengalami degenerasi. Ini adalah salah satu eksperimen pertama yang menunjukkan bagaimana helisitas cahaya dapat digunakan untuk mempelajari magnetisme. Informasi tentang konfigurasi magnetik ruang nyata dari sebuah kisi biasanya tidak dapat diakses dalam eksperimen semacam itu, sehingga penelitian ini menunjukkan potensi sinar OAM untuk memperoleh informasi melebihi apa yang biasanya diperoleh dalam eksperimen lain. Jalan masa depan yang menjanjikan termasuk penggunaan sinar OAM dalam studi difraksi resonansi antiferromagnet tradisional, dalam studi nanodifraksi pada dinding domain dan cacat, dan, jika sinar OAM dapat digunakan untuk mengukur subkisi putaran tertentu, untuk mengukur arus putaran secara langsung.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoAiStream. Kecerdasan Data Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Mencetak Masa Depan bersama Adryenn Ashley. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62919.php