Forskare kan nu upptäcka magnetiskt beteende på atomnivå med en ny elektronmikroskopiteknik som utvecklats av ett team från Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory och Uppsala University, Sverige. Forskarna tog ett kontraintuitivt tillvägagångssätt genom att dra nytta av optiska snedvridningar som de vanligtvis försöker eliminera.

"Det är en ny metod för att mäta magnetism i atomskala, "Juan Carlos Idrobo från ORNL sa." Vi kommer att kunna studera material på ett nytt sätt. Hårddiskar, till exempel, är gjorda av magnetiska domäner, och de magnetiska domänerna är ungefär 10 nanometer från varandra. "En nanometer är en miljarddels meter, och forskarna planerar att förfina sin teknik för att samla magnetiska signaler från enskilda atomer som är tio gånger mindre än en nanometer.

"Om vi ​​kan förstå interaktionen mellan dessa domäner med atomupplösning, kanske i framtiden kommer vi att kunna minska storleken på magnetiska hårddiskar, "Sade Idrobo." Vi vet inte utan att titta på det. "

Forskare har traditionellt använt skanningselektronmikroskop för att avgöra var atomer finns i material. Denna nya teknik gör det möjligt för forskare att samla in mer information om hur atomerna beter sig.

"Magnetismen har sitt ursprung i atomskala, men teknikerna som vi använder för att mäta den har vanligtvis rumsliga upplösningar som är mycket större än en atom, "Idrobo sa." Med ett elektronmikroskop, du kan göra elektronproben så liten som möjligt och om du vet hur du kontrollerar sonden, du kan hämta en magnetisk signatur. "

ORNL-Uppsala-teamet utvecklade tekniken genom att ompröva en hörnsten i elektronmikroskopi som kallas aberrationskorrektion. Forskare har ägnat årtionden åt att eliminera olika typer av avvikelser, vilka är snedvridningar som uppstår i den elektronoptiska linsen och suddar de resulterande bilderna.

Istället för att helt eliminera avvikelser i elektronmikroskopet, forskarna har avsiktligt lagt till en typ av aberration, kallas fyrfaldig astigmatism, att samla magnetiska signaler på atomnivå från ett lantan mangan arsenoxid material. Den experimentella studien validerar teamets teoretiska förutsägelser som presenterades 2014 Fysiska granskningsbrev studie.

"Detta är första gången någon använder avvikelser för att upptäcka magnetisk ordning i material i elektronmikroskopi, "Idrobo sa." Aberrationskorrigering låter dig göra elektronproben tillräckligt liten för att kunna mäta, men samtidigt behövde vi lägga in en specifik aberration, vilket är motsatsen till vad folk brukar göra. "

Idrobo tillägger att nya elektronmikroskopitekniker kan komplettera befintliga metoder, såsom röntgenspektroskopi och neutronspridning, som är guldstandarden för att studera magnetism men är begränsade i sin rumsliga upplösning.

Studien publiceras som "Upptäcka magnetisk ordning med elektronprober i atomstorlek, "i tidningen för Avancerad strukturell och kemisk bildbehandling .