Микроскоп для магнитных наноструктур
Разрешение оптических микроскопов ограничено длиной волны видимого света и составляет около половины микрометра. Однако современная наука и технологии требуют изучения все более мелкомасштабных явлений. Для этого обычно используют электронные микроскопы и микроскопы атомных сил. Все они имеют многочисленные разновидности, специализированные для работы в определенных режимах и с определенными материалами.
Одну из таких модификаций предложила научная группа профессора физики Георга Вольтерсдорфа (Georg Woltersdorf) из Университета Мартина Лютера. Разработанный прибор предназначен для изучения магнитных структур на поверхности магнитных металлов с разрешением в десятки нанометров, то есть на порядок меньше оптического. В основе нового типа атомно-силового микроскопа лежит аномальный эффект Нернста. Он состоит в том, что в неравномерно нагретых металлах, помещенных в магнитное поле, возникает электрическое напряжение, перпендикулярное и их намагниченности, и градиенту температуры.
В приборе для наблюдения магнитных доменов лазерный луч, которым нагревают поверхность, фокусируют на металлическое острие силового микроскопа, движущегося по этой самой поверхности. В результате температура вдоль поверхности и напряжение под острием повышается на участках нанометровых размеров. Картина изменений напряжения вдоль поверхности позволяет оценить ее намагниченность, но для количественной интерпретации таких изображений необходимо знать распределение температуры вглубь исследуемого образца.
Чтобы его выяснить и продемонстрировать надежность метода с наноразмерным разрешением, ученые создали в металле стандартную магнитную структуру. Это ядро магнитного вихря, вмороженного в образец. Затем физики решили обратную задачу. Они получили информацию о распределении температуры вдоль образца, поскольку электрический сигнал прямо пропорционален ее градиенту. И результаты измерений, и численное моделирование показали, что градиенты нагрева вдоль поверхности значительно больше, чем вглубь образца. По ним и напряжению вдоль поверхности ученые точно определили изменение намагниченности с глубиной.
Преимущество новой методики состоит в том, что она позволит изучать хиральные антиферромагнитные материалы. Это нужно для визуализации тепловых и магнитных полей в приборах спиновой электроники, которые предназначены для надежного и энергоэффективного хранения данных (ACS Nano).