Спиралевидные пучки дифференцируют антиферромагнитные состояния

29 апреля 2023 г. (Новости Наноуэрк) Используя спиральные рентгеновские лучи, генерируемые усовершенствованным источником света (ALS), исследователи различали энергетически эквивалентные («вырожденные») состояния в антиферромагнитной решетке (Физический обзор B, «Антиферромагнитная конфигурация реального пространства, исследованная методом дихроизма в рассеянных рентгеновских пучках с орбитальным угловым моментом»). Работа показывает потенциал этих лучей для исследования свойств, которые в противном случае были бы недоступны, для лучшего понимания явлений, представляющих фундаментальный интерес, а также для таких приложений, как спинтроники. (а) В этом эксперименте рентгеновские лучи с круговой поляризацией рассеивались решеткой антиферромагнетиков с дефектом решетки, создавая спиральные пучки с орбитальным угловым моментом (ОУМ) как положительной, так и отрицательной спиральности. (б) Полученные дифракционные картины различаются в зависимости от поляризации и спиральности луча (эффект, известный как дихроизм). Пики с порядком дифракции (H) +1 и -1 имеют положительную и отрицательную спиральность (ℓ) соответственно. Каждый пик имеет половину положительного (красный) и половину отрицательного (синий) кругового дихроизма, причем картина инвертирована для противоположных спиральностей. (Изображение: Лаборатория Беркли)

Рентгеновские лучи с закруткой

Рентгеновские эксперименты являются важным инструментом для понимания электронных и магнитных свойств материалов. Поляризация (т. е. направление колеблющегося электромагнитного поля) рентгеновских лучей часто используется для исследования анизотропии или киральности. Свойством рентгеновских лучей, которое еще предстоит использовать в экспериментах, является их орбитальный угловой момент (ОУМ). Рентгеновские лучи с ОАМ имеют азимутально изменяющуюся фазу, что означает, что фаза скручивается по мере распространения рентгеновских лучей. Это приводит к градиенту электромагнитного поля, из-за которого скрученные фотоны могут по-разному взаимодействовать с материалами. Рентгеновские лучи с ОАМ имеют спиральность ℓ = ±1, что соответствует тому, закручивается ли фаза по часовой стрелке или против часовой стрелки. Подобно тому, как поляризация используется в экспериментах, ОАМ можно использовать для исследования киральности и магнетизма, а также, возможно, более экзотических свойств, таких как топология. Это также может улучшить разрешение рентгеновских изображений и методов микроскопии. В этой работе исследователи показали, как эффекты, зависящие от спиральности, в резонансном рентгеновском рассеянии (RXS) можно использовать для исследования магнитной конфигурации решетки.

Создание искривленного света

Одним из способов создания рентгеновских лучей с помощью ОУМ является рассеяние на топологическом дефекте. Здесь на кремниевой подложке была синтезирована квадратная решетка пермаллоевых наномагнитов. В центр были вставлены два дополнительных наномагнита, чтобы создать топологический краевой дефект. (а) Изображение массива наномагнитов с топологическим дефектом, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. (б) Магнитная конфигурация, измеренная с помощью PEEM XMCD, показывает антиферромагнитное упорядочение решетки. (Изображение: Лаборатория Беркли) В ALS Beamline 11.0.1.1 для изображения магнитной конфигурации использовалась фотоэмиссионная электронная микроскопия (PEEM) с рентгеновским магнитным круговым дихроизмом (XMCD). Результаты показали, что наномагнетики упорядочены антиферромагнитно, когда направление намагниченности чередуется на соседних наномагнетиках. Чтобы выяснить, что лучи ОУМ могут рассказать об антиферромагнитной решетке, были проведены эксперименты RXS с круговым поляризованным светом на ALS Beamline 7.0.1.1 (COSMIC Scattering). Рассеяние наномагнитов создавало лучи как с положительной, так и с отрицательной спиральностью ОУМ, а круговой дихроизм использовался для сравнения лучей противоположной спиральности на различных антиферромагнитных пиках.

Рассеяние, зависящее от спиральности

Исследователи обнаружили, что круговой дихроизм имеет четкую картину, которая инвертируется для лучей противоположной спиральности. Более того, антиферромагнитная решетка образуется в одном из двух вырожденных основных состояний, и для различения их можно использовать зависящий от спиральности круговой дихроизм. Изменение основного антиферромагнитного состояния. При нагреве до 380 К и обратном охлаждении до комнатной температуры случайным образом образуется одно из двух основных антиферромагнитных состояний. Здесь показан дихроизм при комнатной температуре для каждого из шести термических циклов. (Изображение: Лаборатория Беркли) Поскольку два основных состояния вырождены, они должны образоваться с равной вероятностью, если антиферромагнетик нагреть и вернуть к комнатной температуре. Чтобы проверить это, массив наномагнитов неоднократно нагревался до 380 К и охлаждался. При комнатной температуре обе конфигурации возникают примерно с равной вероятностью, как и ожидалось при случайном тепловом переключении между двумя вырожденными основными состояниями. Это один из первых экспериментов, показывающих, как спиральность света можно использовать для изучения магнетизма. Информация о магнитной конфигурации решетки в реальном пространстве обычно недоступна в таких экспериментах, поэтому эта работа демонстрирует потенциал пучков ОУМ для получения информации, выходящей за рамки того, что обычно получается в других экспериментах. Многообещающие будущие направления включают использование пучков ОУМ в резонансных дифракционных исследованиях традиционных антиферромагнетиков, в нанодифракционных исследованиях доменных стенок и дефектов и, если пучок ОУМ можно использовать для измерения определенных спиновых подрешеток, для прямого измерения спиновых токов.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• ПлатонАйСтрим. Анализ данных Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62919.php