První experimentální pozorování trojrozměrných magnetických „vírových kruhů“

Rekonstruované vírové kroužky v magnetické mikropiláře. Fotografický kredit: Claire Donnelly

První experimentální pozorování trojrozměrných magnetických „vírových prstenců“ poskytuje základní pohled na komplikované struktury nanometrů v objemových magnetech a nabízí nové pohledy na magnetická zařízení.

Magnety často drží skrytou krásu. Vezměte si jednoduchý magnet na ledničku: intuitivně je to na jedné straně „lepkavé“, ale na druhé ne. Tajemství spočívá ve způsobu, jakým je magnetizace uspořádána v přesně definovaném vzoru uvnitř materiálu. Složitější textury magnetizace jsou jádrem mnoha moderních technologií, například: B. Pevné disky. Mezinárodní tým vědců z Paul Scherrer Institute PSI, ETH Zurich, University of Cambridge, Donetsk Institute for Physics and Engineering a Institute for Numerical Mathematics RAS v Moskvě nyní informuje o objevu neočekávaných magnetických struktur v malém sloupci magnetických Materiály Gadolinium kobalt.

Jak píšou v článku publikovaném v časopise 30. listopadu 2020 Přírodní fyzika,[1] Vědci pozorovali sub-mikronové konfigurace ve tvaru smyčky, které identifikovali jako magnetické vírové kroužky. Daleko nad rámec jejich estetické přitažlivosti by tyto textury mohly ukázat cestu k dalším složitým trojrozměrným strukturám, které vznikají ve hmotě magnetů a jednoho dne tvoří základ pro nové typy technologických aplikací.

Fascinující postřehy

Stanovení magnetizačního uspořádání uvnitř magnetu je extrémně obtížné, zejména pro struktury v mikro a nano měřítku, u nichž se studie obvykle omezují na pohled na rovnou vrstvu těsně pod povrchem. To se změnilo v roce 2017, kdy vědci z PSI a ETH Curych představili nový typ rentgenové metody pro nanotomografii hmotnostních magnetů, kterou demonstrovali při experimentech na švýcarském světelném zdroji SLS.[2] Tento pokrok otevřel jedinečné okno do vnitřního fungování magnetů a poskytl nástroj pro určování trojrozměrných magnetických konfigurací na nanoměřítku ve vzorcích o velikosti mikrometrů.

Vírové kroužky v magnetické mikropiláře

Rekonstruované vírové kroužky v magnetické mikropiláře. Fotografický kredit: Claire Donnelly

S těmito dovednostmi se členové původního týmu vydali na nové území společně s mezinárodními zaměstnanci. Ohromující tvary smyček, které pozorovali, se objevují ve stejných mikropilárních vzorcích gadolinia a kobaltu, ve kterých dříve objevili složité magnetické konfigurace tvořené víry – druh struktur pozorovaných, když voda stoupá z umyvadla větry – a jejich topologické protějšky, antivortice. To bylo poprvé, ale přítomnost těchto textur nebyla sama o sobě překvapivá. Vědci však neočekávaně našli také smyčky složené z párů obratlů a antivortik. Toto pozorování se zpočátku ukázalo být záhadné. Nakonec s implementací nových sofistikovaných technik analýzy dat zjistili, že tyto struktury jsou známé jako vírové kroužky – v podstatě prstencovité víry.

Nový zvrat ve starém příběhu

Vírové prstence jsou známé každému, kdo viděl vyfouknout kouřové prstence nebo kdo sledoval, jak delfíni vytvářejí vzduchové bubliny ve tvaru smyčky pro svou vlastní zábavu i zábavu svého publika. Nově objevené magnetické vírové prstence jsou samy o sobě fascinující. Jejich pozorování nejen potvrzuje předpovědi z doby před dvěma desetiletími a objasňuje otázku, zda takové struktury mohou existovat. Nabízeli také překvapení. Zejména magnetické vírové kruhy byly předpovídány jako přechodný jev, ale v experimentech, které jsou nyní uvedeny, bylo zjištěno, že tyto struktury jsou pozoruhodně stabilní.

Stabilita magnetických vírových kroužků by měla mít důležité praktické důsledky. Jeden by se mohl potenciálně pohybovat magnetickými materiály, protože kroužky kouře se stabilně pohybují vzduchem nebo kroužky vzduchových bublin pohybují vodou. Naučit se, jak ovládat prstence v objemu magnetu, může otevřít zajímavé perspektivy pro energeticky efektivní ukládání a zpracování 3D dat. Zajímá se také fyzika těchto nových struktur, protože magnetické vírové kruhy mohou nabývat tvarů, které jsou pro jejich protějšky kouře a bublin nemožné. Tým již pozoroval některé jedinečné konfigurace a jejich zkoumání dále slibuje, že v budoucnu přinese na světlo ještě více magnetické krásy.

Reference:

  1. „Experimentální pozorování vírových prstenců v hromadném magnetu“ Claire Donnelly, Konstantin L. Metlov, Valerio Scagnoli, Manuel Guizar-Sicairos, Mirko Holler, Nicholas S. Bingham, Jörg Raabe, Laura J. Heyderman, Nigel R. Cooper a Sebastian Gliga, 30. listopadu 2020, Přírodní fyzika.
    DOI: 10.1038 / s41567-020-01057-3
  2. „Trojrozměrné magnetizační struktury s rentgenovou vektorovou nanotomografií“ od Claire Donnelly, Manuela Guizar-Sicairose, Valeria Scagnoliho, Sebastiana Gligy, Mirka Hollera, Jörga Raabeho a Laury J. Heydermana, 20. července 2017, Příroda.
    DOI: 10.1038 / nature23006

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Aby se objev urychlil, vychází z mřížky vysoce dimenzionální infračervený mikroskop

Příklad vzoru dlaždice použitého ke skenování kulatého červa C. elegans. Non-grid pattern dává algoritmu vzorkování větší flexibilitu pro rychlé resetování oblastí zájmu. ...

Starověcí zirkonové říkají, že desková tektonika začala před 3,6 miliardami let – významná událost pro přivítání Země k životu

Zirkony studované výzkumným týmem byly vyfotografovány pomocí katholluminiscence, techniky, která umožňuje týmu vizualizovat vnitřek krystalů pomocí speciálního rastrovacího elektronového mikroskopu. Tmavé kruhy na...

Můžeme opioidy zvýšit návykovostí? [Video]

V roce 2017 byly miliony lidí po celém světě závislí na opioidech a 115 000 zemřelo na předávkování. Opioidy jsou nejsilnější léky proti bolesti, které...

V místě vazby protilátek ve variantách viru COVID-19 – hlavní důsledky pro budoucí vakcíny

Výzkumný tým Penn State zjistil, že N protein na SARS-CoV-2 je uložen ve všech pandemických koronavirech souvisejících se SARS (nahoře vlevo: SARS-CoV-2, civet, SARS-CoV,...

NASA investuje 105 milionů amerických dolarů do vývoje inovativních technologií pro malé podniky ve Spojených státech

NASA Má dlouhou historii podpory amerických podnikatelů při vývoji technologií od nápadu po obchodní připravenost. Agenturní program Small Business Innovation Research (SBIR) dále podporoval...

Newsletter

Subscribe to stay updated.