Inele Vortex reconstituite într-un micropilot magnetic. Credit: Claire Donnelly
Prima observație experimentală a „inelelor vortex” magnetice tridimensionale oferă o perspectivă fundamentală asupra structurilor complexe la scară nanomagnetică din magneții masivi și oferă noi perspective pentru dispozitivele magnetice.
Magneții adăpostesc adesea frumusețe ascunsă. Luați un magnet simplu pentru frigider – puțin contraintuitiv, este „lipicios” pe o parte, dar nu pe cealaltă. Secretul constă în modul în care magnetizarea este aranjată într-un model bine definit în interiorul materialului. Cele mai complicate texturi magnetice se află în centrul multor tehnologii moderne, cum ar fi hard disk-urile. Acum, o echipă internațională de oameni de știință de la Institutul Paul Scherrer PSI, ETH Zurich, Universitatea din Cambridge, Institutul de Fizică și Inginerie Donetsk și Institutul RAS de Matematică Numerică din Moscova raportează descoperirea unor structuri magnetice neașteptate în interiorul unui stâlp mic din material magnetic din cobalt gadoliniu.
După cum scriu într-un articol publicat pe 30 noiembrie 2020 în revistă Fizica naturii,[1] Cercetătorii au observat configurații sub-micrometre în formă de buclă, pe care le-au identificat drept inele magnetice de vortex. Cu mult dincolo de atracția lor estetică, aceste texturi ar putea indica calea către structuri tridimensionale mai complexe care apar în majoritatea magneților și ar putea constitui într-o zi baza pentru noi aplicații tehnologice.
Perspective fascinante
Determinarea aranjamentului magnetului în interiorul unui magnet este extraordinar de dificilă, în special pentru structurile cu micro și nano-scară, pentru care studiile s-au limitat în mod normal la examinarea unui strat superficial chiar sub suprafață. . Acest lucru s-a schimbat în 2017, când cercetătorii de la PSI și ETH Zurich au introdus o nouă metodă de raze X pentru nanotomografia magneților în vrac, pe care au demonstrat-o în experimente la sursa de lumină elvețiană. SLS.[2] Această descoperire a deschis o fereastră unică în viața interioară a magneților, oferind un instrument pentru determinarea configurațiilor magnetice tridimensionale la scară nanomatică în cadrul probelor de dimensiuni micrometrice.
Inele Vortex reconstituite într-un micropilot magnetic. Credit: Claire Donnelly
Folosind aceste funcții, membrii echipei originale, împreună cu colaboratori internaționali, s-au aventurat acum pe un nou teritoriu. Impresionantele forme de buclă pe care le-au observat apar în aceleași probe de micropilar de cobalt gadoliniu în care au detectat anterior configurații magnetice complexe constând din vârtejuri, tipul de structuri văzute când apa a coborât în spirale din o chiuvetă și omologii săi topologici, antivorticile. A fost prima, dar prezența acestor texturi nu a fost surprinzătoare în sine. Totuși, în mod neașteptat, oamenii de știință au găsit și bucle formate din perechi de vârtejuri și vârtejuri. Această observație a fost inițial descumpănitoare. Odată cu implementarea noilor tehnici sofisticate de analiză a datelor, au stabilit în cele din urmă că aceste structuri sunt așa-numitele inele vortex, în esență, vortexuri în formă de gogoșă.
O nouă întorsătură pe o poveste veche
Inelele cu vortex sunt familiare tuturor celor care au văzut inele de fum suflând sau care au văzut delfinii producând bule de aer în formă de buclă, atât pentru propria lor distracție, cât și pentru cea a publicului lor. Noile inele magnetice vortex sunt captivante în sine. Observația sa nu numai că verifică predicțiile făcute în urmă cu aproximativ două decenii, rezolvând problema dacă aceste structuri pot exista. De asemenea, au oferit surprize. În special, s-a prezis că inelele vortex magnetice ar fi un fenomen tranzitoriu, dar în experimentele raportate acum, aceste structuri s-au dovedit a fi remarcabil de stabile.
Stabilitatea inelelor magnetice cu vortex ar trebui să aibă implicații practice importante. Pe de o parte, s-ar putea mișca prin materiale magnetice, deoarece inelele de fum se mișcă stabil prin aer sau bulele de aer circulă prin apă. Învățarea de a controla inelele din volumul magnetului poate deschide perspective incitante pentru stocarea și procesarea datelor 3D eficiente din punct de vedere energetic. Există, de asemenea, interes în fizica acestor noi structuri, deoarece inelele magnetice de vârtej pot lua forme care nu sunt posibile pentru omologii lor de fum și bule. Echipa a observat deja câteva configurații unice și, în viitor, următoarea sa explorare va promite să scoată la lumină și mai multă frumusețe magnetică.
Referințe:
- „Observația experimentală a inelelor vortex într-un magnet în vrac” de Claire Donnelly, Konstantin L. Metlov, Valerio Scagnoli, Manuel Guizar-Sicairos, Mirko Holler, Nicholas S. Bingham, Jörg Raabe, Laura J. Heyderman, Nigel R. Cooper și Sebastian Gliga, 30 noiembrie 2020, Fizica naturii.
DOI: 10.1038 / s41567-020-01057-3 - „Structuri de magnetizare tridimensională dezvăluite cu nanotomografie vectorială cu raze X” de Claire Donnelly, Manuel Guizar-Sicairos, Valerio Scagnoli, Sebastian Gliga, Mirko Holler, Jörg Raabe și Laura J. Heyderman, 20 iulie 2017, Natură.
DOI: 10.1038 / nature23006