Röntgenmikroskop avslöjar “solitoner”, en speciell typ av magnetisk våg

Forskare har använt sig av ett kraftfullt, specialbyggt röntgenmikroskop vid SLAC National Accelerator Laboratory I Kalifornien för att direkt observera den magnetiska versionen av en soliton, en typ av våg som kan röra sig utan motstånd. Forskare undersöker om sådana magnetiska vågor kan användas för att transportera och lagra information i en ny, mer
effektiv form av datorminne som kräver mindre energi och genererar mindre värme.

Magnetiska solitoner är anmärkningsvärt stabila och behåller sin form och styrka när de rör sig över ett magnetiskt material. Detta innebär en fördel jämfört med de material som används för närvarande i modern elektronik, som kräver mer energi för att flytta data på grund av elektriskt motstånd, vilket får dem att värma upp. I ett experiment på SLACs Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, har forskare tagit den första röntgenbilden och filmen av solitoner som genererades i ett magnetiskt material genom att träffa det med en elektrisk ström. Resultaten från experimentet publicerades den 16 november i Nature Communications.

År 1834 beskrev den skotska civilingenjören och skeppsbyggaren John Scott Russell sin observation av en soliton skapad av en båt som en våg som höll en enhetlig form i över en mil medan den rörde sig ned för en kanal. Det har teoretiserats i decennier att solitoner förekommer i magneter, men det tog ett specialiserat röntgenmikroskop som det vid SLAC för att direkt kunna observera dem.

“Vi byggde ett mikroskop som tillät oss att titta på dessa magnetiska vågor på ett nytt sätt”, säger Stefano Bonetti, huvudförfattaren av studien som publicerats i Nature Communications. Stefano Bonetti var då en postdok på Stanford University och är nu forskare vid Stockholms universitet. “Med detta nya mikroskop, kan vi faktiskt se dem i rörelse”, säger han. “Vi kan se den magnetiska dynamiken direkt”. En ultrasnabb kamera kopplad till mikroskopet fick forskarna att spela in sex bilder som sammanställts i en sekvens för att bilda en “film” av solitonens rörelse. Det tog ca 12 timmar att spela in tillräckligt med röntgendata för att producera filmen.

Den höga upplösningen av röntgenmikroskopet avslöjade en anomali. Solitonen förväntades ta en sfärisk eller cirkulär form, men i stället verkade det som om den hade delat upp sig i två separata vågor som var spegelbilder av varandra. “Flera experiment behövs för att förstå hur solitonen kan dela sig”, säger Stefano Bonetti. “Simuleringar kan också hjälpa forskare att lära sig omvandla den delade solitonen till en mer enhetlig symmetrisk form”, säger han, “eller att förstå hur man skulle kunna använda den delade solitonen i eventuella tillämpningar.”

Länkar:
Nature communication
SLACs nyhetsartikel

För ytterligare information:
Stefano Bonetti forskare i kemisk fysik vid Fysikum, Stockholms universitet, e-post stefano.bonetti@fysik.su.se

Bild: Röntgen på SSRL (lila) mäter en speciell typ av magnetisk våg, en så kallad spinnvåg-soliton, som har förmågan att hålla sin form när den rör sig över ett magnetiskt material. Pilarna, som kompassnålar, representerar lokaliserade förändringar i materialets magnetiska orientering. (©SLAC National Accelerator Laboratory). 

Share this post
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *