اندازه‌گیری مغناطیس در ابعاد اتمی

بیگ بنگ: پژوهشگرانی از آزمایشگاه ملی اوک ریج در ایالات متحده و دانشگاه اوپسالا در سوئد فناوری میکروسکوپ الکترونی جدیدی را توسعه داده‌اند که قادر است مغناطیس را در ابعاد اتمی آشکارسازی کند. در این فناوری از انحرافات یا «اعوجاجات» برای تمرکز پرتوی الکترونی در میکروسکوپ استفاده می‌شود و می‌توان از آن در مطالعه‌ی حوزه‌های مغناطیسی در قطعاتی همچون هارد دیسک‌های کامپیوتری استفاده کرد.

1-newelectronmبه گزارش بیگ بنگ به نقل از انجمن فیزیک ایران، میکروسکوپ‌های الکترونی، بسیار شبیه به کاری که میکروسکوپ‌های اپتیکی در مورد نور انجام می‌دهند، پرتوهای الکترونی‌ را متمرکز می‌کنند. در این میکروسکوپ‌ها درست شبیه همتایان نوری‌شان، عدسی‌ها کامل نیستند که این باعث ایجاد انحرافاتی در تصاویر میکروسکوپی می‌شود. این انحرافات را می‌توان با استفاده از یک سیستم تصحیح انحراف به حداقل رساند. اکنون یوان کارلوس ایدروبو (Juan Carlos Idrobo) از اوک ایریج و همکارانش از چنان سیستمی برای واردساختن انحرافی ویژه‌ به پرتوی الکترونی‌شان استفاده کرده‌اند تا آن پرتو را نسبت به حوزه‌های مغناطیسی کوچک در یک ماده حساس کنند.

اتلاف انرژی الکترون

این فناوری جدید بر اساس اثری موسوم به «دورنگیِ دایروی مغناطیسی اتلاف انرژی الکترون(EMCD) کار می‌کند که در آن یک ماده‌ی مغناطیسی انرژی را با آهنگ‌های مختلف از پرتوی الکترونی(با مقادیر مختلف ممان زاویه‌ای اربیتالی) جذب می‌کند. در سال ۲۰۰۶ فیزیک‌دانانی از اتریش و آلمان نشان دادند که EMCD می‌تواند در میکروسکوپ الکترونی مورد استفاده قرار گیرد تا با استفاده از آن حوزه‌های مغناطیسی (به کوچکی ۱-۲ نانومتر) تصویربرداری شوند. اگرچه این اندازه‌ها کوچک‌اند اما هنوز بسیار بزرگ‌تر از تک‌تک اتم‌های جسم جامد است که حدود ۰٫۱ نانومتر اندازه دارند.

این پژوهش اخیر وضوح فضایی EMCD را بهبود می بخشد. در این تحقیق از این حقیقت استفاده شده که یک پرتوی الکترونی با نوع ویژه‌ای از اعوجاج با یک ماده‌ی مغناطیسی – بسیار شبیه به روشی که یک پرتوی الکترونی ممان زاویه‌ای اربیتالی را حمل می‌کند، اندرکنش‌ خواهد کرد. ایدروبو و همکارانش از سیستم تصحیح انحراف میکروسکوپ‌شان برای ایجاد یک پرتوی الکترونی با انحرافی موسوم به «آستیگمات مرتبه‌ی چهار» استفاده کرده‌اند. آنها این پرتوی الکترونی را به نمونه‌ای از جنس اکسید لانتانیم منگنز آرسنیک(LaMnAsO) شلیک کرد‌ه‌ و از تکنیکی موسوم به طیف‌سنجیِ اتلاف انرژی الکترونی(EELS) برای تحلیل چگونگی اتلاف انرژی الکترون در عبور از نمونه استفاده کرده‌اند. آنها قادرند با روبش این پرتو در طول نمونه تصویری از نظم آنتی‌فرومغناطیس شطرنجی در ماده را ایجاد کنند. به ویژه آنها توانسته‌اند جهت ممان مغناطیسی اتم‌های منگنز همسایه را که از بالا به پایین بشکل تناوبی تغییر می‌کرد را ببینند.

بی‌نظمی شدید

به بیان ایدروبو: «آستیگمات مرتبه‌ی چهار نوعی نمایش اعوجاج در عدسی‌های الکترونی است. لیوان پر از آبی را فرض کنید. اگر لیوان را در فاصله‌ی معینی از یک جسم قرار دهید می‌توانید ببینید که چگونه لیوان همچون یک عدسی عمل می‌کند. با این حال توجه خواهید کرد که این بزرگ‌نمایی در مرکز لیوان بهتر بوده و در لبه‌های آن بشدت بهم می‌خورد. این اعوجاج کروی است».

فناوری وان کارلوس ایدروبو می‌تواند در بسیاری از آزمایشگاه‌های علمِ مواد بکار رود.

فناوری وان کارلوس ایدروبو می‌تواند در بسیاری از آزمایشگاه‌های علمِ مواد بکار رود.

«اگر لیوان بجای آنکه کروی بود پهن‌تر یا بلندتر بود شما می‌توانستید آستیگمات مرتبه‌ی دو را بدلیل اینکه نور کانون‌های مختلف دارد در جهت‌های عمودی و افقی لیوان ببینید. آستیگمات مرتبه‌ی چهار در آن عدسی‌هایی اتفاق می‌افتد که چهار جهت مختلف دارند؛ هر جهت با صفحات مترکز کننده‌ای که به اندازه‌ی ۴۵ درجه نسبت بهم چرخش دارند.» دلیل اینکه چرا پژوهشگران از آستیگمات مرتبه‌ی چهار برای اندازه‌گیری نظم مغناطیسی در LaMnAsO استفاده کرده‌اند این است که این ماده تقارن مرتبه‌ی چهار دارد.

ابزاری محبوب

به گفته‌ی ایدروبو این دستاورد به دو دلیل حائز اهمیت است. اولاً نشان می‌دهد، برخلاف اینکه اعوجاج همیشه چیز بدی بحساب می‌آمده، اعوجاجات در پرتوهای الکترونی را می‌توان برای انجام اندازه‌گیری‌های مفید بکار برد. دوماً روشی که آن‌ها برای کنترل پرتوی الکترونی توسعه داده‌اند را می‌توان براحتی در میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری روبشی با تصحیح اعوجاج جاسازی کرد. وی می‌افزاید: «چون اغلب آزمایشگاه‌های مشخصه‌یابی علوم مواد مدرن از این نوع ابزار استفاده می‌کنند، مطالعه‌ی مغناطیس در مواد با وضوح‌های فضایی بالا در دسترس بسیاری از دانشمندان قرار خواهد گرفت».

این تیم پژوهشی می‌گوید اکنون سعی در آن داریم تا ببینیم چگونه می‌توان همراه با مغناطیس دیگر پدیده‌های فیزیکی را با این پروب‌های اعوجاجی اندازه گرفت. به بیان ایدروبو: « از آنچه که می‌توانیم انجام دهیم، ایده‌هایی در سر داریم. بسختی کار می‌کنیم تا ببینیم تا کجا می‌توانیم پیش رویم. بگوش باشید!» جزئیات بیشتر این پژوهش در Physical Review Letters منتشر شده است.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: physicsworld.com

image_pdfimage_print
(5 نفر , میانگین : 3٫80 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=54405
تحریریه‌ی بیگ بنگ

تحریریه‌ی بیگ بنگ

وب سایت بیگ بنگ یک سایت علمی، تحقیقاتی میباشد که توسط تعدادی از علاقمندان به علم و دانش اداره می شود. این سایت از اواخر سال 1390 تاکنون به فعالیت خود در این حوزه ادامه داده است.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *