Naukowcy z Uniwersytetu Martina Luthera w Halle-Wittenberg (MLU) i Instytutu Fizyki Mikrostruktur im. Maxa Plancka w Halle opracowali przełomową metodę analizy nanostruktur magnetycznych z wyjątkową precyzją.
Technika ta umożliwia osiągnięcie rozdzielczości około 70 nanometrów, znacznie przekraczającej granicę 500 nanometrów konwencjonalnych mikroskopów świetlnych. Postęp ten niesie ze sobą znaczny potencjał w zakresie opracowania nowych, energooszczędnych technologii magazynowania opartych na elektronice spinowej. Szczegółowe ustalenia zespołu można znaleźć w najnowszym numerze magazynu ACS Nano.
Przełom w obrazowaniu w nanoskali
Konwencjonalne mikroskopy optyczne są ograniczone długością fali światła, co uniemożliwia rozróżnienie szczegółów mniejszych niż około 500 nanometrów. Nowa metoda pokonała tę barierę, wykorzystując anomalny efekt Nernsta (ANE) i efekt metaliczny nanoskala wskazówka. ANE wytwarza napięcie elektryczne w metalu magnetycznym, które jest prostopadłe zarówno do jego namagnesowania, jak i gradientu temperatury.
„Wiązka laserowa skupia się na końcówce mikroskopu siłowego i w ten sposób powoduje gradient temperatury na powierzchni próbki, który jest przestrzennie ograniczony do nanoskali” – wyjaśnia profesor Georg Woltersdorf z Instytutu Fizyki MLU. „Metalowa końcówka działa jak antena i skupia pole elektromagnetyczne na niewielkim obszarze poniżej wierzchołka”.
To innowacyjne podejście umożliwia obrazowanie oparte na ANE ze znacznie wyższą rozdzielczością niż konwencjonalna mikroskopia świetlna. Opublikowane przez zespół zdjęcia osiągają imponującą rozdzielczość około 70 nanometrów.
Postępowa analiza struktury magnetycznej
Wcześniejsze badania koncentrowały się głównie na polaryzacji magnetycznej w płaszczyźnie próbki. Zespół badawczy wykazał jednak, że gradient temperatury w płaszczyźnie ma również kluczowe znaczenie, umożliwiając badanie polaryzacji poza płaszczyzną za pomocą pomiarów ANE. Aby potwierdzić wiarygodność tej metody wizualizacji struktur magnetycznych w skali nanometrowej, badacze zastosowali ją do struktury wiru magnetycznego.
Udoskonalanie obrazowania i zastosowań spintronicznych
Szczególną zaletą nowej techniki jest to, że działa ona również z chiralnymi materiałami antyferromagnetycznymi.
„Nasze odkrycia mają istotne znaczenie dla obrazowania termoelektrycznego elementów spintronicznych. Wykazaliśmy to już w przypadku chiralnych antyferromagnetyków” – mówi Woltersdorf.
„Dzięki naszej metodzie mamy dwie zalety: z jednej strony znacznie poprawiliśmy rozdzielczość przestrzenną struktur magnetycznych, znacznie wykraczającą poza możliwości metod optycznych. Po drugie, można go również zastosować w chiralnych układach antyferromagnetycznych, co przyniesie bezpośrednie korzyści naszemu planowanemu klasterowi doskonałości „Centrum Elektroniki Chiralnej””, mówi Woltersdorf.
Wspólnie z Freie Universität Berlin, Uniwersytetem w Ratyzbonie i Instytutem Fizyki Mikrostruktur im. Maxa Plancka w Halle, MLU ubiega się o finansowanie w ramach Strategii Doskonałości. Celem badań jest położenie podwalin pod nowe koncepcje elektroniki przyszłości.
Odniesienie: „Anomalous Nernst Effect-Based Near Field Imaging of Magnetic Nanostructures” autorstwa Atula Pandeya, Jitul Deka, Jiho Yoon, Anagha Mathew, Chrisa Koernera, Rouvena Dreyera, Jamesa M. Taylora, Stuarta SP Parkina i Georga Woltersdorfa, 5 listopada 2024 r. , ACS Nano.
DOI: 10.1021/acsnano.4c09749
Praca została sfinansowana przez Niemiecką Fundację Badawczą (DFG) w ramach Collaborative Research Center/Transregio (CRC TRR) 227, Project-1D 328545488.
