Fysiker vid University of Iowa har föreslagit en ny teknik för att upptäcka och mäta material som avger svaga magnetiska signaler eller inte har något magnetfält alls. Deras lösning skulle använda en icke -invasiv sond för att inducera ett magnetiskt svar i materialet som studeras och sedan upptäcka hur det svaret förändrar sondens eget magnetfält.

Tekniken har många potentiella verkliga tillämpningar, inklusive att ge mer känsliga maskiner för magnetisk resonansbildning (MRI), utveckla minne för höghastighetslagring i den halvledande industrin, och producera effektivare datorbearbetningsenheter (CPU:er).

"Detta tillvägagångssätt är utformat för att mäta situationen där om du inte hade sonden i närheten, du ser ingenting. Det skulle inte finnas några magnetfält alls, "säger Michael Flatté, professor i fysik och astronomi och seniorförfattare till tidningen publicerad i tidskriften Fysiska granskningsbrev . "Det är bara själva sonden som orsakar närvaron av magnetfälten."

Sonden gör detta genom att skapa "magnetiska ögonblick" i material som annars skulle avge ett svagt magnetfält eller inte har något magnetfält alls. Magnetiska ögonblick uppstår när en grupp elektroner orienterar sig i samma riktning, ungefär som små kompassnålar som alla pekar, säga, norr. Den enhetliga orienteringen skapar ett litet magnetfält. Järn, till exempel, ger ett starkt svar eftersom de flesta av dess elektroner orienteras i samma riktning när de möter en magnetisk kraft.

Allt som krävs för sonden, som bara är några nanomerer i diameter, att skapa ett magnetiskt moment är för två av dess sex elektroner att knäppa till samma riktningsorientering. När det händer, sonden stimulerar tillräckligt med elektroner i material med svaga eller obefintliga magnetfält för att omorientera sig, skapa ett magnetiskt moment i materialet - eller bara tillräckligt med ett - som sonden kan upptäcka. Hur materialets magnetiska moment påverkar sondens eget magnetfält är mätbart, vilket ger forskare möjlighet att beräkna materialets fysiska dimensioner, som dess tjocklek.

"Dessa elektroner (i material med svaga eller obefintliga magnetfält) har ett eget fält som verkar tillbaka på sonden och förvränger sonden (på ett sätt) som du sedan kan mäta, säger Flatté, chef för UI:s Optical Science Technology Center.

Detta blir viktigt när man försöker fånga måtten på magnetiska lager som är begravda eller inklämda mellan icke -magnetiska lager. Sådana situationer uppstår när man arbetar med halvledare och kommer att öka när datorbearbetningen går framåt.

"Vi beräknar det magnetiska svaret, och från det skulle vi veta var magnetfälten slutar och därmed veta skikttjockleken, Säger Flatté.

Konceptet bygger på en framväxande provtagningsmetod som kallas nitrogen-vacancy center magnetometri. Denna teknik, som förlitar sig på en införd defekt i en diamants kristallstruktur (subbing i en kväveatom för två kolatomer), är delvis effektiv eftersom sonden den använder (som den föreslagna UI -sonden) är gjord av diamant, som skapar små magnetiska moment nyckeln till att detektera magnetfält i de studerade materialen.

Men det finns en nackdel:Kväve-vakanscentermagnetometri fungerar bara med magnetiserade material. Det utesluter superledare, där magnetfältet upphör att existera vid vissa temperaturer, och många andra material. Flatté och medförfattare Joost van Brees föreslagna lösning löser detta genom att använda sonden för att skapa ett magnetfält som tvingar material med svaga eller obefintliga magnetfält att reagera på det.

"Om du applicerar ett magnetfält på en superledare, det kommer att försöka avbryta det magnetfält som appliceras på det, "Säger Flatté." Även om det gör det, det skapar ett magnetfält utanför sig själv som sedan påverkar spinncentra. Det är det som sedan kan upptäckas. "