تکنیک‌های پرتو ایکس، ویژگی‌های نامرئی آلترمغناطیس‌ها را نقشه‌برداری و اندازه‌گیری می‌کنند

نوشتهٔ پل آرنولد، Phys.org

ویرایش: گابی کلارک، بازنگری: رابرت ایگان

پدیدهٔ نوین در عرصهٔ مغناطیس، آلترمغناطیس است؛ نوعی مغناطیس که قول توانمندسازی نسل بعدی الکترونیک را می‌دهد. بر خلاف فرومغناطیس‌ها، مثلاً آهن‌سکهٔ یخچالی که تمام اسپین‌های اتمی داخلی هم‌جهت می‌شوند و میدان مغناطیسی قدرتمندی تولید می‌کنند، آلترمغناطیس‌ها نیروی مغناطیسی خالصی ندارند (از داخل بسیار مغناطیسی هستند، اما از بیرون غیرمغناطیسی به‌نظر می‌رسند). این وضعیت شبیه به ضدفرومغناطیس‌ها است که در آن اسپین‌های داخلی یک‌دیگر را خنثی می‌کنند. اما آلترمغناطیس‌ها خواص داخلی قدرتمندی دارند که می‌توانند اطلاعات را با کارایی بالاتری نسبت به مغناطیس‌های سنتی، منتقل و کنترل کنند.

از آن‌جا که این نوع مغناطیس نیروی خالصی ندارد، شناسایی آن با ابزارهای استاندارد دشوار است. در دو مقالهٔ جدید، پژوهشگران توضیح می‌دهند که چگونه تکنیک‌های پرتو ایکس را برای نقشه‌برداری و اندازه‌گیری جنبه‌های مختلف ساختار داخلی یک آلترمغناطیس توسعه داده‌اند.

نقشه‌برداری دامنه‌های مغناطیسی

در اولین مقاله که در Physical Review Letters منتشر شد، دانشمندان روش پیشرفتهٔ پرتو ایکس به نام RIXS‑CD (پراکندگی این‌الاستیک رزونانس پرتو ایکس‑جداسازی دایره‌ای) را توسعه دادند. روش‌های قبلی پرتو ایکس برای نقشه‌برداری دقیق و متمایز کردن نواحی (یا دامنه‌های) مغناطیسی یک آلترمغناطیس با مشکل مواجه بودند؛ اما زمانی که تیم نمونه‌ای از مادهٔ آلترمغناطیس را زیر پرتو ایکس چرخاند، یک اثر انگشت مغناطیسی منحصربه‌فرد برای هر دامنه ایجاد شد. این امکان را فراهم کرد تا نقشه‌های دقیقی از این دامنه‌های مغناطیسی تهیه کنند.

«RIXS‑CD شکستن تقارن یکتایی (فضایی) را از طریق نظم‌های مغناطیسی تخریب‑T شناسایی می‌کند. این امر RIXS‑CD را به‌عنوان تکنیکی مکمل برای XMCD معرفی می‌کند و کاربردهای بالقوه‌ای برای کلاس وسیع‌تری از ضدفرومغناطیس‌های هال ناهنجار، از جمله انواع غیرخطی، دارد»، پژوهشگران در مقالهٔ خود نوشتند.

اندازه‌گیری شدت مغناطیسی

در مقالهٔ دوم که همچنین در Physical Review Letters منتشر شد، پیتر کروگر از دانشگاه چیبا در ژاپن تکنیک جدیدی به نام CD‑RPED (جداسازی دایره‌ای در انتشار الکترون فتوئونی رزونانس) را برای اندازه‌گیری شدت مغناطیسی یک لایهٔ اتمی منفرد و نامرئی پیشنهاد می‌کند.

این تکنیک با تاباندن پرتوهای ایکس به اتم‌های مادهٔ آلترمغناطیس (AM) عمل می‌کند؛ این پرتوها اتم‌ها را وادار به انتشار الکترون می‌سازند. لایه‌های مغناطیسی اطراف الکترون‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهند و الگوی منحصربه‌فردی (یعنی پژواک) تولید می‌کنند. با اندازه‌گیری این پژواک، دانشمندان می‌توانند خواص مغناطیسی هر لایهٔ اتمی مخفی را کمّی‌سازی کنند. «یافته‌های اصلی ما برای هر AM صادق است و زمینه را برای تبدیل CD‑RPED به تکنیکی قدرتمند برای شناسایی مغناطیسی مواد کاندید AM فراهم می‌سازد.»

به‌دلیل این دو تکنیک، آلترمغناطیس دیگر نامرئی نیست. دانشمندان قادر خواهند شد ویژگی‌های مخفی آن را نقشه‌برداری و اندازه‌گیری کنند تا رفتار این نوع مغناطیس را درک کرده و شدت آن را کمّی‌سازی نمایند. این می‌تواند به تسریع پیشرفت نسل بعدی فناوری‌های محاسبات مبتنی بر اسپین کمک کند، به‌طوری که از اسپین ذاتی الکترون‌ها برای انجام محاسبات بهره‌برداری شود.

اطلاعات بیشتر: D. Takegami et al, Circular Dichroism in Resonant Inelastic X‑Ray Scattering: Probing Altermagnetic Domains in MnTe, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/512v‑n5f9

Peter Krüger, Circular Dichroism in Resonant Photoelectron Diffraction as a Direct Probe of Sublattice Magnetization in Altermagnets, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/pl1p‑v5rs. در arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2504.08380

اطلاعات مجله: Physical Review Letters, arXiv

© 2025 Science X Network