I surfisti trascorrono gran parte del loro tempo a guardare le onde lunghe che arrivano sulla battigia mentre tentano di prenderne una proprio mentre inizia a curvarsi e infrangersi.

In modo simile, gli scienziati stanno lavorando per creare onde elettromagnetiche elicoidali tortuose la cui curvatura consente un'immagine più accurata delle proprietà magnetiche di diversi materiali a livello atomico e potrebbe portare allo sviluppo di dispositivi futuri.

Quando gli scienziati usano i fasci di elettroni per esaminare campioni di materiali, hanno la capacità di modificare molti aspetti differenti delle onde elettromagnetiche che compongono il fascio. Possono rendere l'ampiezza delle onde più grande o più piccola, o rendere le onde più veloci o più lente. Però, fino ad ora non c'è stato un modo semplice per trasformare un'onda piana, come le lunghe onde che si infrangono nel mare, in un'onda elicoidale, come quelli che si schiantano sulla riva.

In un nuovo studio dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), gli scienziati hanno creato piccole regioni di difetti magnetici fatte da isole magnetiche su nanoscala assemblate in una griglia. Le onde piane interagiscono con questi difetti, generando così onde elicoidali.

"Cerchiamo onde con una sorta di ricciolo perfetto, e per generare il ricciolo dobbiamo dar loro qualcosa su cui schiantarsi, che nel nostro caso sono monopoli magnetici, " ha detto lo scienziato dei materiali di Argonne Charudatta (C.D.) Phatak.

La ragione per cui gli scienziati sono così interessati alle onde elicoidali è che hanno una proprietà chiamata momento angolare orbitale. Conoscere il momento angolare orbitale di un fascio di elettroni consente agli scienziati di studiare il comportamento magnetico dei materiali a livello atomico determinando una proprietà atomica chiamata momento magnetico.

"Se possiamo vedere i momenti magnetici del materiale, possiamo costruire una descrizione delle proprietà magnetiche totali del materiale, e come il materiale manifesterà le sue proprietà elettroniche e magnetiche, "Ha detto Phatak.

In questo modo, il fascio di elettroni riconfigurato potrebbe essere utile per studiare materiali in cui spin e magnetizzazione giocano un ruolo cruciale, potenzialmente aprendo la strada a nuove forme di dispositivi elettronici.

Avere accesso alle informazioni codificate dal momento angolare orbitale consentirà inoltre agli scienziati di comprendere meglio le sfumature dei materiali chirali, che hanno una sorta di mancini o destrimani che ne determina le proprietà.

La griglia dei difetti può essere inserita in qualsiasi microscopio elettronico a trasmissione per fornire un modo diretto di imaging del campione. "Le persone di solito non pensano a modificare il profilo della trave stessa in questo modo, "Ha detto Phatak.

Nella fase successiva dell'esperimento, Phatak ha spiegato che i ricercatori potrebbero cercare di sostituire le griglie delle isole magnetiche con solenoidi, o bobine di filo che possono fungere da elettromagneti. L'uso di solenoidi consentirebbe la creazione di difetti magnetici più precisi. "Proprio adesso, a causa della disposizione della griglia magnetica, possiamo creare difetti solo con una magnetizzazione cumulativa di due o quattro, ma i solenoidi ci permetterebbero di avere una gamma molto più ampia di stati di magnetizzazione, "Ha detto Phatak.

Un documento basato sullo studio, "Evidenza diretta di difetti topologici nelle onde degli elettroni dovuti alla carica magnetica localizzata su nanoscala, " apparso nel numero online del 22 ottobre di Nano lettere .