Sarmal kirişler, antiferromanyetik durumları farklılaştırır

29 Nis 2023 (Nanowerk Haberleri) Gelişmiş Işık Kaynağında (ALS) üretilen spiral x-ışını ışınlarını kullanarak araştırmacılar, antiferromanyetik bir kafesteki enerji açısından eşdeğer (“dejenere”) durumlar arasında ayrım yaptılar (Fiziksel İnceleme B, “Antiferromagnetic real-space configuration probed by dichroism in scattered x-ray beams with orbital angular momentum”). Çalışma, bu ışınların, aksi halde erişilemeyecek özellikleri araştırmak, temel ilgi alanlarını daha iyi anlamak ve aşağıdaki gibi uygulamalar için potansiyelini göstermektedir: spintronikler. (a) Bu deneyde dairesel polarize x-ışınları, kafes kusurlu bir antiferromıknatıs dizisi tarafından saçıldı ve hem pozitif hem de negatif helisiteli yörünge açısal momentumuna (OAM) sahip spiral ışınlar üretildi. (b) Ortaya çıkan kırınım modelleri, ışının polarizasyonuna ve sarmallığına bağlı olarak farklılık gösterir (dikroizm olarak bilinen bir etki). Kırınım sırası (H) +1 ve -1 olan tepe noktaları sırasıyla pozitif ve negatif helisiteye (ℓ) sahiptir. Her tepe noktası yarı pozitif (kırmızı) ve yarı negatif (mavi) dairesel dikroizme sahiptir ve desen zıt sarmallar için ters çevrilmiştir. (Resim: Berkeley Laboratuvarı)

Bir bükülme ile X-ışını ışınları

X-ışını deneyleri, malzemelerin elektronik ve manyetik özelliklerinin anlaşılmasında önemli bir araçtır. X ışınlarının polarizasyonu (yani salınımlı elektromanyetik alanın yönü) sıklıkla anizotropi veya kiraliteyi araştırmak için kullanılır. X-ışınlarının henüz deneylerde kullanılmayan bir özelliği, yörünge açısal momentumudur (OAM). OAM'li X-ışınları azimut olarak değişen bir faza sahiptir; bu, x-ışınları yayıldıkça fazın değiştiği anlamına gelir. Bu, elektromanyetik alanda, bükülmüş fotonların malzemelerle farklı etkileşimlere sahip olmasına neden olabilecek bir gradyana yol açar. OAM'li X ışınlarının sarmallığı ℓ = ±1'dir; bu, fazın saat yönünde mi yoksa saat yönünün tersine mi döndüğüne karşılık gelir. Polarizasyonun deneylerde nasıl kullanıldığına benzer şekilde, OAM kiraliteyi, manyetizmayı ve topoloji gibi potansiyel olarak daha egzotik özellikleri araştırmak için kullanılabilir. Ayrıca x-ışını görüntüleme ve mikroskopi tekniklerinin çözünürlüğünü de geliştirebilir. Bu çalışmada araştırmacılar, rezonans x-ışını saçılımındaki (RXS) sarmallığa bağlı etkilerin bir kafesin manyetik konfigürasyonunu araştırmak için nasıl kullanılabileceğini gösterdi.

Bükülmüş ışık oluşturma

OAM ile x-ışını ışınları oluşturmanın bir yolu, topolojik bir kusurdan saçılmadır. Burada, silikon bir substrat üzerinde permalloy nanomıknatıslardan oluşan kare bir kafes sentezlendi. Topolojik bir kenar kusuru oluşturmak için merkeze iki ekstra nanomıknatıs yerleştirildi. (a) Nanomıknatıs dizisinin topolojik kusurlu taramalı elektron mikroskobu görüntüsü. (b) PEEM XMCD kullanılarak ölçülen manyetik konfigürasyon, kafesin antiferromanyetik sıralamasını gösterir. (Resim: Berkeley Laboratuvarı) ALS Beamline 11.0.1.1'de, manyetik konfigürasyonu görüntülemek için x-ışını manyetik dairesel dikroizm (XMCD) içeren fotoemisyon elektron mikroskobu (PEEM) kullanıldı. Sonuçlar, nanomıknatısların antiferromanyetik olarak sıralandığını, mıknatıslanma yönünün bitişik nanomıknatıslar üzerinde değiştiğini gösterdi. OAM ışınlarının antiferromanyetik kafes hakkında neler ortaya çıkarabileceğini araştırmak için ALS Beamline 7.0.1.1'de (COSMIC Saçılma) dairesel polarize ışıkla RXS deneyleri yapıldı. Nanomıknatıslardan saçılma, hem pozitif hem de negatif OAM sarmallıklarına sahip ışınlar yarattı ve farklı antiferromanyetik tepe noktalarında zıt sarmallıktaki ışınları karşılaştırmak için dairesel dikroizm kullanıldı.

Helisiteye bağlı saçılma

Araştırmacılar, dairesel dikroizmin, zıt sarmallıktaki ışınlar için ters çevrilmiş, farklı bir desene sahip olduğunu buldu. Ayrıca antiferromanyetik kafes, iki dejenere temel durumdan birinde oluşur ve sarmallığa bağlı dairesel dikroizm, bunları birbirinden ayırmak için kullanılabilir. Antiferromanyetik zemin durumunun değiştirilmesi. 380 K'ye ısıtıldığında ve tekrar oda sıcaklığına soğutulduğunda, iki antiferromanyetik temel durumdan biri rastgele oluşur. Burada altı termal döngünün her biri için oda sıcaklığı dikroizmi gösterilmektedir. (Resim: Berkeley Laboratuvarı) İki temel durum dejenere olduğundan, antiferromıknatısın ısıtılıp oda sıcaklığına döndürülmesi durumunda eşit olasılıkla oluşmaları gerekir. Bunu test etmek için nanomıknatıs dizisi tekrar tekrar 380 K'ye ısıtıldı ve soğutuldu. Oda sıcaklığında, iki dejenere temel durum arasındaki rastgele termal geçiş için beklendiği gibi, her iki konfigürasyon da yaklaşık olarak eşit olasılıkla ortaya çıktı. Bu, ışığın sarmallığının manyetizmayı incelemek için nasıl kullanılabileceğini gösteren ilk deneylerden biridir. Bir kafesin gerçek uzay manyetik konfigürasyonu hakkındaki bilgilere bu tür deneylerde genellikle erişilemez; dolayısıyla bu çalışma, OAM ışınlarının diğer deneylerde tipik olarak elde edilenlerin ötesinde bilgi edinme potansiyelini göstermektedir. Gelecek vaat eden yollar arasında geleneksel antiferromıknatısların rezonans kırınım çalışmalarında OAM ışınlarının kullanılması, alan duvarları ve kusurların nanodifraksiyon çalışmalarında ve eğer bir OAM ışınının belirli spin alt örgülerini ölçmek için kullanılabiliyorsa, spin akımlarını doğrudan ölçmek için kullanılması yer alır.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoAiStream. Web3 Veri Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• Adryenn Ashley ile Geleceği Basmak. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62919.php