Các chùm xoắn ốc phân biệt các trạng thái phản sắt từ

29 Tháng Tư, 2023 (Tin tức Nanowerk) Bằng cách sử dụng các chùm tia X xoắn ốc được tạo ra ở Nguồn sáng Tiên tiến (ALS), các nhà nghiên cứu đã phân biệt giữa các trạng thái tương đương năng lượng (“suy biến”) trong một mạng phản sắt từ (Đánh giá vật lý B, “Antiferromagnetic real-space configuration probed by dichroism in scattered x-ray beams with orbital angular momentum”). Công trình cho thấy tiềm năng của các chùm tia này trong việc thăm dò các thuộc tính mà nếu không thì không thể tiếp cận được, để hiểu rõ hơn các hiện tượng quan tâm cơ bản và cho các ứng dụng như điện tử học spin. (a) Trong thí nghiệm này, các tia X phân cực tròn bị tán xạ bởi một mảng phản sắt từ có khiếm khuyết mạng tinh thể, tạo ra các chùm xoắn ốc có xung lượng góc quỹ đạo (OAM) của cả độ tự động dương và âm. (b) Các dạng nhiễu xạ thu được khác nhau tùy thuộc vào độ phân cực và tính tự động của chùm tia (một hiệu ứng được gọi là hiện tượng lưỡng sắc). Các đỉnh có thứ tự nhiễu xạ (H) lần lượt là +1 và -1 có độ xoắn dương và âm (ℓ). Mỗi đỉnh có lưỡng sắc tròn nửa dương (đỏ) và nửa âm (xanh lam), với mô hình đảo ngược cho các vòng xoắn ngược lại. (Ảnh: Phòng thí nghiệm Berkeley)

chùm tia X với một xoắn

Các thí nghiệm tia X là một công cụ quan trọng để hiểu các tính chất điện tử và từ tính của vật liệu. Sự phân cực (nghĩa là hướng của trường điện từ dao động) của tia X thường được sử dụng để thăm dò tính bất đẳng hướng hoặc chirality. Một tính chất của tia X vẫn chưa được sử dụng trong các thí nghiệm là xung lượng góc quỹ đạo (OAM) của chúng. Tia X với OAM có pha thay đổi theo phương vị, nghĩa là pha xoắn lại khi tia X lan truyền. Điều này dẫn đến một gradient trong trường điện từ, có thể khiến các photon bị xoắn có các tương tác khác nhau với vật liệu. Tia X với OAM có độ tự động ℓ = ±1, tương ứng với việc pha đang xoắn theo chiều kim đồng hồ hay ngược chiều kim đồng hồ. Tương tự như cách phân cực được sử dụng trong các thí nghiệm, OAM có thể được sử dụng để thăm dò tính bất đối và từ tính, và các tính chất kỳ lạ tiềm ẩn hơn như cấu trúc liên kết. Nó cũng có thể cải thiện độ phân giải của kỹ thuật chụp ảnh tia X và kính hiển vi. Trong công trình này, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra cách các hiệu ứng phụ thuộc vào độ tự động trong tán xạ tia X cộng hưởng (RXS) có thể được sử dụng để nghiên cứu cấu hình từ tính của mạng.

Tạo ánh sáng xoắn

Một cách để tạo chùm tia X với OAM là tán xạ từ một khiếm khuyết tô pô. Ở đây, một mạng vuông của nam châm nano permalloy được tổng hợp trên đế silicon. Hai nam châm nano bổ sung được đưa vào trung tâm để tạo ra một khuyết tật cạnh cấu trúc liên kết. ( a ) Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét của mảng nam châm nano có khiếm khuyết tô pô. (b) Cấu hình từ tính, được đo bằng PEEM XMCD, cho thấy thứ tự phản sắt từ của mạng tinh thể. (Hình ảnh: Phòng thí nghiệm Berkeley) Tại ALS Beamline 11.0.1.1, kính hiển vi điện tử quang phát xạ (PEEM) với lưỡng sắc tròn từ tính tia X (XMCD) đã được sử dụng để chụp ảnh cấu hình từ tính. Kết quả cho thấy các nam châm nano có trật tự phản sắt từ, trong đó hướng từ hóa xen kẽ trên các nam châm nano liền kề. Để tìm hiểu chùm OAM có thể tiết lộ điều gì về mạng phản sắt từ, các thí nghiệm RXS đã được thực hiện với ánh sáng phân cực tròn tại ALS Beamline 7.0.1.1 (Tán xạ COSMIC). Sự tán xạ từ các nam châm nano tạo ra các chùm có cả độ xoắn OAM dương và âm, và hiện tượng lưỡng sắc tròn được sử dụng để so sánh các chùm có độ tự xoắn ngược nhau ở các đỉnh phản sắt từ riêng biệt.

tán xạ phụ thuộc vào độ tin cậy

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng lưỡng sắc tròn có một kiểu riêng biệt, ngược lại đối với các chùm có tính xoắn ngược lại. Hơn nữa, mạng phản sắt từ hình thành ở một trong hai trạng thái cơ bản suy biến, và lưỡng sắc tròn phụ thuộc vào tính tự động có thể được sử dụng để phân biệt giữa chúng. Thay đổi trạng thái cơ bản phản sắt từ. Khi được nung nóng đến 380 K và làm nguội trở lại nhiệt độ phòng, một trong hai trạng thái cơ bản phản sắt từ hình thành ngẫu nhiên. Ở đây, sự lưỡng sắc ở nhiệt độ phòng được hiển thị cho mỗi sáu chu kỳ nhiệt. (Hình ảnh: Phòng thí nghiệm Berkeley) Vì hai trạng thái cơ bản bị suy biến, nên chúng sẽ hình thành với xác suất bằng nhau nếu chất phản sắt từ được nung nóng và đưa trở lại nhiệt độ phòng. Để kiểm tra điều này, mảng nam châm nano được làm nóng nhiều lần đến 380 K và được làm lạnh. Ở nhiệt độ phòng, cả hai cấu hình xuất hiện với xác suất ngang nhau, như mong đợi đối với sự chuyển đổi nhiệt ngẫu nhiên giữa hai trạng thái cơ bản suy biến. Đây là một trong những thí nghiệm đầu tiên cho thấy làm thế nào có thể sử dụng tính tự động của ánh sáng để nghiên cứu từ tính. Thông tin về cấu hình từ tính trong không gian thực của mạng thường không thể truy cập được trong các thí nghiệm như vậy, vì vậy công trình này chứng minh tiềm năng của các chùm OAM để thu được thông tin ngoài những gì thường thu được trong các thí nghiệm khác. Các con đường đầy hứa hẹn trong tương lai bao gồm sử dụng các chùm OAM trong các nghiên cứu nhiễu xạ cộng hưởng của các chất phản sắt từ truyền thống, trong các nghiên cứu nhiễu xạ nano của các vách miền và khuyết tật, và nếu có thể sử dụng một chùm OAM để đo các mạng con spin cụ thể, để đo trực tiếp các dòng spin.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoAiStream. Thông minh dữ liệu Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Đúc kết tương lai với Adryenn Ashley. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62919.php