Por primera vez, los investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI han grabado una "película 3D" de procesos magnéticos en la escala nanométrica. Esto revela una variedad de dinámicas dentro del material, incluido el movimiento de los límites de remolino entre diferentes dominios magnéticos.Los conocimientos se obtuvieron con un método recientemente desarrollado en Swiss Light Source SLS. Podría ayudar a hacer que los dispositivos de almacenamiento de datos magnéticos sean más compactos y eficientes. Los investigadores están publicando los resultados de sus investigaciones hoy en la revista Nanotecnología de la naturaleza .
Una pegatina magnética que permanece pegada a la puerta de un refrigerador no es sorprendente. Sin embargo, cuando uno se acerca al rango del nanómetro donde un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro, los físicos aún encuentran imanes y su comportamiento es desconcertante. Al mismo tiempo, los efectos que ocurren en esta pequeña escala son muy relevantes para las tecnologías futuras. Ahora, por primera vez, los investigadores de PSI pudieron grabar una "película" corta de la estructura magnética tridimensional dentro de un material con resolución a nanoescala.
"El magnetismo desempeña un papel de muchas maneras en nuestra vida cotidiana; pero en este nivel muy pequeño y fundamental, los fenómenos aún no se comprenden completamente", explica Claire Donnelly, autora principal del estudio. Donnelly fue investigadora en PSI enel momento del experimento y ahora trabaja en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido.
Los investigadores utilizaron la luz de rayos X de Swiss Light Source SLS en PSI y un método tomográfico especial que desarrollaron recientemente allí, al que llaman "laminografía fenográfica resuelta en el tiempo". Su equipo estaba formado por científicos de PSI y ETH Zurich, comoasí como en el Reino Unido. La muestra que examinaron consistía en un compuesto de gadolinio-cobalto modelado en un disco circular.
más de cuatro días para siete imágenes
"Con nuestro método podemos escanear de forma no destructiva el material y, a partir de los datos, reconstruir varias imágenes 3D sucesivas de la estructura magnética interna", dice el investigador del PSI Manuel Guizar-Sicairos. "Podemos visualizar la orientación del momento magnético en cadapunto medido en el material y representarlos como pequeñas agujas de brújula magnética ".
Al igual que las limaduras magnéticas, estas agujas de brújula reaccionan a un campo magnético externo y entre sí, formando patrones intrincados en todo el objeto. Los patrones contienen áreas, los llamados dominios, en los que los puntos de magnetización predominantemente en una dirección. Las transiciones entre dos de esas áreas, es decir, las paredes del dominio, son de particular interés para los investigadores: "La gente ha propuesto usarlos como bits de memoria, que posiblemente podrían usarse para empaquetar datos aún más estrictamente que cuando se usan los dominios", diceDonnelly. Los detalles de estos muros de dominio se han hecho visibles recientemente en 3D en PSI, entre otros lugares, utilizando métodos de imagen de última generación.
En el presente estudio, los investigadores fueron un paso más allá al mapear el movimiento de los dominios y los límites del dominio. "Hemos tomado siete instantáneas que muestran puntos en el tiempo que están separados por un cuarto de billonésima de segundo".podemos ver cómo se mueve un límite de dominio de un lado a otro ". A los científicos les tomó un poco más de cuatro días de medición constante recopilar los datos, que luego produjeron esta secuencia de siete imágenes.
como luz estroboscópica
El movimiento observado del límite del dominio fue inducido repetida y específicamente por los propios investigadores a través de un campo magnético aplicado externamente. Por lo tanto, sus imágenes no se registraron realmente dentro de un cuarto de billonésima de segundo. En cambio, los científicos crearon un bucle de tiempodel campo magnético cambiante y tomó imágenes en diferentes puntos en el tiempo dentro de él, similar a la luz estroboscópica que aparentemente ralentiza un movimiento repetitivo.
La grabación de las imágenes en 3D del interior de la muestra a su vez se basa en un principio básico de la tomografía computarizada TC. Similar a las tomografías computarizadas médicas, los rayos X se utilizaron para tomar muchas imágenes radioscópicas de la muestra, una tras otra., cada uno desde un ángulo ligeramente diferente. A partir de los datos recopilados, los investigadores pudieron recuperar sus mapas 3D de la magnetización utilizando el software que habían desarrollado para este propósito.
"Con este método, no solo hemos logrado películas 3D resueltas en el tiempo del interior de un objeto", dice felizmente Donnelly. "También hemos podido mapear la dinámica a nanoescala en un imán. En otras palabras, tenemosdemostró que nuestra nueva técnica es realmente relevante para el desarrollo de nuevas tecnologías ". Y Guizar-Sicairos agrega:" Nuestro nuevo método también es adecuado para otros materiales y, por lo tanto, podría tener muchas más aplicaciones útiles en el futuro ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Paul Scherrer . Original escrito por Laura Hennemann. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :