Фізики розробили метод для точного знімання магнітних наноструктур.

Роздільна здатність звичайних оптичних мікроскопів обмежена довжиною хвилі світла, що ускладнює розрізнення об'єктів розміром менше 500 нанометрів.

Методика, розроблена вченими з Університету Мартина Лютера в Галле-Віттенберзі (MLU) і Інституту фізики мікроструктур товариства Макса Планка, Німеччина, дозволяє подолати це обмеження. Фізики використовували аномальний ефект Нернста (anomalous Nernst effect, ANE) та спеціальний нано-металевий наконечник зонда мікроскопа для досягнення високої роздільної здатності.

Аномальний ефект Нернста генерує електричну напругу в магнітному матеріалі, перпендикулярну магнетизації та градієнту температури в зразку. Дослідники вирішили, що це можна використати.

Вченим довелося одночасно нагрівати якомога меншу ділянку зразка та створювати електромагнітне поле в цій же області. У цих умовах ANE генерує напругу, а потім вчені вимірюють її і, зіставивши всі дані про досліджувану область, формують зображення.

«Ми змогли сфокусувати промінь лазера на наконечнику кантилевера атомно-силового мікроскопа, і таким чином створили температурний градієнт на поверхні зразка, обмежений нанометровою областю. Металевий наконечник став працювати як антена, фокусуючи електромагнітне поле в крихітній області під своїм кінчиком», — пояснює професор Георг Вольтерсдорф (Georg Woltersdorf).

Ця методика дозволяє проводити вимірювання ANE з набагато вищою роздільною здатністю, ніж це можливо при використанні традиційної оптичної мікроскопії. Дослідницька група продемонструвала зображення, отримані за новим методом, з роздільною здатністю близько 70 нанометрів.

Попередні дослідження вивчали лише магнітну поляризацію в площині зразка. Однак, за словами дослідницької групи, температурний градієнт у площині також має вирішальне значення і дозволяє досліджувати позаплощинну поляризацію за допомогою вимірювань ANE. Щоб закрити цей пробіл і продемонструвати надійність методу ANE для візуалізації магнітних структур у нанометровому масштабі, дослідники використали магнітну вихрову структуру.

Магнітний вихор є конфігурацією магнітних моментів у матеріалі, при якій напрямки намагніченості закручуються навколо центральної точки, формуючи вихрове розподілення.

Важливою перевагою нової техніки є те, що її можна використовувати з хіральними антиферомагнітними матеріалами. Це особливий клас магнітних матеріалів, у яких магнітні моменти атомів упорядковані антипаралельно, як в звичайних антиферомагнетиках, але додатково проявляється хіральність — закрученість або асиметрія в їх магнітній структурі. Хіральні антиферомагнетики активно вивчаються для застосування в спінтроніці, квантовій електроніці та сенсорних технологіях, тому вченим важливо детально бачити об'єкти з цих матеріалів.

Робота опублікована в журналі ACS Nano.