Новый метод визуализации магнитных наноструктур был разработан учеными. Этот метод позволяет достичь разрешения примерно в 70 нанометров, в отличие от обычных оптических микроскопов, которые обычно ограничиваются разрешением около 500 нанометров.
Обычные оптические микроскопы не позволяют различать объекты, размер которых меньше 500 нанометров, поскольку их разрешение ограничено длиной волны используемого света.
Методика, созданная исследователями из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге ( MLU) и Института физики микроструктур общества Макса Планка, Германия, устраняет это ограничение. Физики применили эффект аномальной Нернста ( anomalous Nernst effect, ANE) и специальный наноразмерный металлический наконечник зонда микроскопа для достижения высокого разрешения.
Аномальный эффект Нернста генерирует электрическое напряжение в магнитном материале, перпендикулярное магнетизации и градиенту температуры в образце. Исследователи решили, что это можно использовать.
Чтобы создать нагрев минимальной площади образца и одновременное электромагнитное воздействие на эту область, ученым потребовалось разработать специальную методику. В созданных условиях ANE генерирует напряжение, которое было измерено, а на основе совокупности данных об исследуемой области сформированы изображения.
«Мы успешно направили луч лазера на кончик кантилевера атомно-силового микроскопа, и таким образом создали температурный градиент на поверхности образца, ограниченный нанометровой областью. Металлический наконечник стал работать как антенна, фокусируя электромагнитное поле в крошечной области под своим кончиком», — объясняет профессор Георг Вольтерсдорф ( Georg Woltersdorf).
Эта методика позволяет проводить измерения ANE с гораздо более высоким разрешением, чем это возможно при использовании традиционной оптической микроскопии. Исследовательская группа продемонстрировала изображения, полученные с помощью нового метода, с разрешением около 70 нанометров.
В предыдущих работах анализ ограничивался изучением магнитной поляризации, расположенной в плоскости образца. Тем не менее, как утверждают исследователи, температурный перепад в плоскости также играет важную роль и позволяет проводить измерения внеплоскостной поляризации ANE. Чтобы закрыть этот пробел и продемонстрировать надежность метода ANE для визуализации магнитных структур в нанометровом масштабе, исследователи использовали магнитную вихревую структуру.
Магнитный вихрь — это структура, характеризующаяся расположением магнитных моментов в веществе таким образом, что направления намагниченности закручиваются вокруг определенной точки, создавая вихревое распределение.
Важной особенностью новой техники является ее возможность использовать с хиральными антиферромагнитными материалами. Это особый класс магнитных материалов, у которых магнитные моменты атомов упорядочены антипараллельно, как в обычных антиферромагнетиках, но дополнительно проявляется хиральность — закрученность или асимметрия в их магнитной структуре. Хиральные антиферромагнетики активно изучаются для применения в спинтронике, квантовой электронике и сенсорике, поэтому ученым важно видеть объекты из этих материалов в деталях.
Работа опубликована в журнале ACS Nano.