Em breve, em uma mesa de laboratório perto de você:um método de imagem magneto-térmica que oferece resolução em nanoescala e picossegundo, anteriormente disponível apenas em instalações de síncrotron.

Esta inovação na resolução espacial e temporal dará aos pesquisadores vistas extraordinárias sobre as propriedades magnéticas de uma variedade de materiais, de metais a isoladores, tudo no conforto de seus laboratórios, potencialmente impulsionando o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento magnético.

"A microscopia magnética de raios-X é uma ave relativamente rara, "disse Greg Fuchs, professor associado de física aplicada e engenharia, quem liderou o projeto. "As microscopias magnéticas que podem fazer esse tipo de resolução espacial e temporal são muito poucas e distantes entre si. Normalmente, você tem que escolher espacial ou temporal. Você não pode obter os dois. Existem apenas cerca de quatro ou cinco lugares no mundo que têm essa capacidade. Portanto, ter a capacidade de fazer isso em uma mesa está realmente permitindo a dinâmica de spin em nanoescala para pesquisa. "

O jornal de sua equipe, "Magnetização em nanoescala e imagens atuais usando microscopia magnetotérmica com sonda de varredura resolvida pelo tempo, "publicado em 8 de junho no jornal da American Chemical Society Nano Letras . O autor principal é o pesquisador de pós-doutorado Chi Zhang.

O artigo é o culminar de um esforço de quase 10 anos do grupo Fuchs para explorar imagens magnéticas com microscopia magneto-térmica. Em vez de explodir um material com luz, elétrons ou raios-X, os pesquisadores usam um laser focado na sonda de varredura para aplicar calor a uma faixa microscópica de uma amostra e medir a voltagem elétrica resultante para obter informações magnéticas locais.

Fuchs e sua equipe foram os pioneiros nessa abordagem e, ao longo dos anos, desenvolveram uma compreensão de como os gradientes de temperatura evoluem no tempo e no espaço.

"Você acha que o calor é muito lento, processo difusivo, "Fuchs disse." Mas, na verdade, a difusão em escalas de comprimento nanométrico tem tempos de picossegundos. E esse é um insight importante. É isso que nos dá a resolução de tempo. A luz é uma onda e difrata. Ele não quer viver nessas escalas de comprimento muito pequenas. Mas o calor pode. "

O grupo já havia usado a técnica para criar imagens e manipular materiais antiferromagnéticos - que são difíceis de estudar porque não produzem um campo magnético - assim como metais magnéticos e isolantes.

Embora seja fácil focar um laser, o maior obstáculo tem sido confinar essa luz e gerar calor suficiente em escala nanométrica para fazer o processo funcionar. E porque alguns fenômenos nessa escala ocorrem tão rapidamente, a imagem precisa ser igualmente rápida.

"Há muitas situações no magnetismo em que as coisas estão se mexendo, e é pequeno. E isso é basicamente o que você precisa, "Fuchs disse.

Agora que eles refinaram o processo e alcançaram com sucesso uma resolução espacial de 100 nanômetros e uma resolução temporal abaixo de 100 picossegundos, a equipe pode explorar as verdadeiras minúcias do magnetismo, como skyrmions, quase-partículas em que a ordem magnética é torcida. Compreender esses tipos de "texturas de rotação" pode levar a uma nova alta velocidade, armazenamento magnético de alta densidade e tecnologias lógicas.

Além do magnetismo, a dependência da técnica da voltagem elétrica significa que ela pode ser usada para medir a densidade da corrente quando a voltagem interage com um material. Esta é uma abordagem inovadora, uma vez que outras técnicas de imagem medem a corrente medindo o campo magnético que a corrente produz, não a própria corrente.

A microscopia magneto-térmica tem limitações. Como as amostras precisam ser configuradas com contatos elétricos, o material deve ser padronizado em um dispositivo. Como resultado, a técnica não pode ser aplicada a amostras em massa. Também, o dispositivo e a sonda de varredura devem ser dimensionados juntos. Então, se você quiser medir um fenômeno em nanoescala, a amostra tem que ser pequena.

Mas essas limitações são menores em comparação com os benefícios de uma forma de microscopia magneto-térmica de custo relativamente baixo em seu próprio laboratório.

"Agora mesmo, as pessoas têm que ir a um estabelecimento público, como uma instalação síncrotron, para fazer esses tipos de medições, "Zhang disse." Você escreve uma proposta, você tem um tempo de feixe, e você tem talvez algumas semanas para trabalhar, no melhor. Se você não obteve o resultado desejado, então, talvez seja mais alguns meses. Portanto, este será um progresso para o campo. "