Surfers besteden veel van hun tijd aan het kijken naar lange golven die op de kustlijn komen terwijl ze proberen er een te vangen terwijl deze begint te buigen en te breken.

In een vergelijkbare ader, wetenschappers werken aan het creëren van draaiende, helixvormige elektromagnetische golven waarvan de kromming een nauwkeurigere weergave van de magnetische eigenschappen van verschillende materialen op atomair niveau mogelijk maakt en mogelijk zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van toekomstige apparaten.

Wanneer wetenschappers elektronenstralen gebruiken om naar materiaalmonsters te kijken, ze hebben het vermogen om veel verschillende aspecten van de elektromagnetische golven waaruit de straal bestaat, te wijzigen. Ze kunnen de amplitude van de golven groter of kleiner maken, of de golven sneller of langzamer maken. Echter, tot nu toe was er geen gemakkelijke manier om een ​​vlakke golf - zoals de lange rollende golven op zee - om te zetten in een spiraalvormige golf, zoals degenen die op de wal neerstorten.

In een nieuwe studie van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), wetenschappers hebben kleine gebieden met magnetische defecten gemaakt van magnetische eilanden op nanoschaal die tot een raster zijn samengevoegd. De vlakke golven interageren met deze defecten, waardoor spiraalvormige golven worden gegenereerd.

"We zijn op zoek naar golven met een soort perfecte krul, en om de krul te genereren, moeten we ze iets geven om tegenaan te botsen, wat in ons geval magnetische monopolen zijn, ", zegt materiaalwetenschapper Charudatta (C.D.) Phatak van Argonne.

De reden waarom wetenschappers zo geïnteresseerd zijn in spiraalvormige golven, is dat ze een eigenschap hebben die orbitaal impulsmoment wordt genoemd. Door het orbitale impulsmoment van een elektronenstraal te kennen, kunnen wetenschappers het magnetische gedrag van materialen op atomair niveau onderzoeken door een atomaire eigenschap te bepalen die het magnetische moment wordt genoemd.

"Als we de magnetische momenten van het materiaal kunnen zien, we kunnen een beschrijving maken van de totale magnetische eigenschappen van het materiaal, en hoe het materiaal zijn elektronische en magnetische eigenschappen zal manifesteren, ' zei Phatak.

Op deze manier, de hervormde elektronenbundel kan nuttig zijn voor het bestuderen van materialen waarin spin en magnetisatie een cruciale rol spelen, mogelijk de weg vrijmaakt voor nieuwe vormen van elektronische apparaten.

Door toegang te hebben tot de informatie die is gecodeerd door orbitaal impulsmoment, kunnen wetenschappers ook de nuances van chirale materialen beter begrijpen, die een soort links- of rechtshandigheid hebben die hun eigenschappen bepaalt.

Het raster van defecten kan in elke transmissie-elektronenmicroscoop worden ingebracht om een ​​directe manier te bieden om het monster af te beelden. "Mensen denken er meestal niet aan om het straalprofiel zelf op deze manier aan te passen, ' zei Phatak.

In de volgende fase van het experiment, Phatak legde uit dat de onderzoekers kunnen proberen de roosters van magnetische eilanden te vervangen door elektromagneten, of draadspoelen die als elektromagneten kunnen werken. Het gebruik van elektromagneten zou het mogelijk maken om nauwkeuriger afgestemde magnetische defecten te creëren. "Direct, vanwege de opstelling van het magnetische raster, we kunnen alleen defecten creëren met een cumulatieve magnetisatie van twee of vier, maar solenoïden zouden ons in staat stellen een veel breder scala aan magnetisatietoestanden te hebben, ' zei Phatak.

Een paper gebaseerd op de studie, "Direct bewijs van topologische defecten in elektronengolven als gevolg van gelokaliseerde magnetische lading op nanoschaal, " verscheen in het online nummer van 22 oktober van Nano-letters .