Un nuovo approccio controintuitivo al microscopio elettronico può raccogliere segnali magnetici attraverso l'introduzione di aberrazioni. La sonda aberrata (a destra) produce immagini e spettri con una risoluzione spaziale inferiore rispetto a una sonda tradizionalmente corretta, ma può rilevare una firma magnetica. Credito:Oak Ridge National Laboratory
Gli scienziati possono ora rilevare il comportamento magnetico a livello atomico con una nuova tecnica di microscopia elettronica sviluppata da un team dell'Oak Ridge National Laboratory del Department of Energy e dell'Università di Uppsala, Svezia. I ricercatori hanno adottato un approccio controintuitivo sfruttando le distorsioni ottiche che in genere cercano di eliminare.
"È un nuovo approccio per misurare il magnetismo su scala atomica, " Juan Carlos Idrobo di ORNL ha detto. "Saremo in grado di studiare i materiali in un modo nuovo. Dischi fissi, ad esempio, sono costituiti da domini magnetici, e quei domini magnetici sono distanti circa 10 nanometri." Un nanometro è un miliardesimo di metro, e i ricercatori hanno in programma di perfezionare la loro tecnica per raccogliere segnali magnetici da singoli atomi che sono dieci volte più piccoli di un nanometro.
"Se riusciamo a capire l'interazione di quei domini con la risoluzione atomica, forse in futuro saremo in grado di ridurre le dimensioni dei dischi rigidi magnetici, — disse Idrobo. — Non lo sapremo senza guardarlo.
I ricercatori hanno tradizionalmente utilizzato microscopi elettronici a trasmissione a scansione per determinare dove si trovano gli atomi all'interno dei materiali. Questa nuova tecnica consente agli scienziati di raccogliere più informazioni su come si comportano gli atomi.
"Il magnetismo ha le sue origini su scala atomica, ma le tecniche che usiamo per misurarlo di solito hanno risoluzioni spaziali molto più grandi di un atomo, " disse Idrobo. "Con un microscopio elettronico, puoi rendere la sonda elettronica il più piccola possibile e se sai come controllare la sonda, puoi ritirare una firma magnetica."
Il team di ORNL-Uppsala ha sviluppato la tecnica ripensando a una pietra angolare della microscopia elettronica nota come correzione dell'aberrazione. I ricercatori hanno trascorso decenni lavorando per eliminare diversi tipi di aberrazioni, che sono distorsioni che si verificano nella lente ottica elettronica e sfocano le immagini risultanti.
Invece di eliminare completamente le aberrazioni nel microscopio elettronico, i ricercatori hanno volutamente aggiunto un tipo di aberrazione, chiamato astigmatismo quadruplice, per raccogliere segnali magnetici a livello atomico da un materiale di ossido di lantanio manganese e arsenico. Lo studio sperimentale convalida le previsioni teoriche del team presentate in un 2014 Lettere di revisione fisica studio.
Juan Carlos Idrobo dell'ORNL ha contribuito a sviluppare una tecnica di microscopia elettronica per misurare il magnetismo su scala atomica. Attestazione:ORNL
"Questa è la prima volta che qualcuno ha usato le aberrazioni per rilevare l'ordine magnetico nei materiali al microscopio elettronico, " disse Idrobo. "La correzione dell'aberrazione consente di rendere la sonda elettronica abbastanza piccola per eseguire la misurazione, ma allo stesso tempo dovevamo inserire un'aberrazione specifica, che è l'opposto di ciò che le persone di solito fanno."
Idrobo aggiunge che nuove tecniche di microscopia elettronica possono integrare i metodi esistenti, come la spettroscopia a raggi X e lo scattering di neutroni, che sono il gold standard nello studio del magnetismo ma sono limitati nella loro risoluzione spaziale.
Lo studio è pubblicato come "Rilevazione dell'ordinamento magnetico con sonde di elettroni di dimensioni atomiche, " nel diario di Imaging strutturale e chimico avanzato .
