اندازه‌گیری مغناطیس در ابعاد اتمی
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.
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : دوشنبه 1397/02/17 ساعت 10:01
زینب شاه مرادی - مرکز یادگیری تبیان
به 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 نوری شان، 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 ماده 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 ماده مغناطیسی – بسیار شبیه به روشی که یک پرتوی الکترونی ممان زاویه‌ای اربیتالی را حمل می‌کند، اندرکنش خواهد کد. ایدروبو و همکارانش از سیستم تصحیح انحراف میکروسکوپ شان برای ایجاد یک پرتوی الکترونی با انحرافی موسوم به «آستیگمات مرتبه چهار» استفاده کرده‌اند. آنها این پرتوی الکترونی را به نمونه‌ای از جنس اکسید لانتانیم منگنز آرسنیک(LaMnAsO) شلیک کرد‌ه و از تکنیکی موسوم به طیف سنجیِ 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 آن ها توانسته‌اند جهت ممان مغناطیسی اتم‌های منگنز همسایه را که از بالا به پایین بشکل تناوبی تغییر می‌کرد را ببینند.
بی نظمی 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 فاصله 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».
«اگر لیوان بجای آنکه کروی بود پهن‌تر یا بلندتر بود شما می‌توانستید آستیگمات مرتبه دو را بدلیل اینکه نور کانون‌های مختلف دارد در جهت‌های عمودی و افقی لیوان ببینید. آستیگمات مرتبه 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 اندازه گیری 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 مشخصه یابی علوم مواد مدرن از این نوع ابزار استفاده می‌کنند، مطالعه 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!»
منبع: http://bigbangpage.com
به 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 نوری شان، 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 ماده 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 ماده مغناطیسی – بسیار شبیه به روشی که یک پرتوی الکترونی ممان زاویه‌ای اربیتالی را حمل می‌کند، اندرکنش خواهد کد. ایدروبو و همکارانش از سیستم تصحیح انحراف میکروسکوپ شان برای ایجاد یک پرتوی الکترونی با انحرافی موسوم به «آستیگمات مرتبه چهار» استفاده کرده‌اند. آنها این پرتوی الکترونی را به نمونه‌ای از جنس اکسید لانتانیم منگنز آرسنیک(LaMnAsO) شلیک کرد‌ه و از تکنیکی موسوم به طیف سنجیِ 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 آن ها توانسته‌اند جهت ممان مغناطیسی اتم‌های منگنز همسایه را که از بالا به پایین بشکل تناوبی تغییر می‌کرد را ببینند.
بی نظمی 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 فاصله 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».
«اگر لیوان بجای آنکه کروی بود پهن‌تر یا بلندتر بود شما می‌توانستید آستیگمات مرتبه دو را بدلیل اینکه نور کانون‌های مختلف دارد در جهت‌های عمودی و افقی لیوان ببینید. آستیگمات مرتبه 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 اندازه گیری 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 مشخصه یابی علوم مواد مدرن از این نوع ابزار استفاده می‌کنند، مطالعه 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!»
منبع: http://bigbangpage.com
