Ny metod visar magnetism på atomnivå

Magnetism finns överallt – i datorer, mobiltelefoner, bilar och till och med i medicinteknisk utrustning. För att utveckla bättre och smartare teknik behöver forskarna förstå hur magnetismen fungerar ända ner på atomnivå. Nu har forskare vid Uppsala universitet och Jülich Research Centre i Tyskland, utvecklat en ny metod som gör det möjligt att studera magnetism i en detaljnivå som tidigare inte varit möjlig. Resultaten publiceras i Nature Materials.

Med hjälp av ett avancerat svepelektronmikroskop har forskarna kunnat visualisera magnetismens allra minsta byggstenar – de så kallade orbitala och spinnmomenten hos elektroner i enskilda atomplan. Tekniken gör det möjligt att kartlägga variationer i magnetiska egenskaper på en sub-atomär skala, något som ingen annan metod tidigare kunnat uppnå.

– Vår metod gör att vi kan se magnetiska egenskaper i material med atomär precision. Det låter oss observera hur elektronernas rörelse och spinn beter sig i kristallgittret, säger Hasan Ali, postdoktor vid Institutionen för materialvetenskap vid Uppsala universitet och förstaförfattare till studien. Forskningen har genomförts vid Ernst-Ruska Center, Forschungszentrum Jülich, inom ramen för hans internationella postdoktorsstipendium.

Forskarna undersökte en järnkristall – ett av de mest välkända magnetiska materialen – och gjorde en oväntad upptäckt: även inom en och samma kristall varierar förhållandet mellan orbitala och spinnrelaterade magnetiska moment betydligt från plats till plats. Dessa subtila skillnader har stor betydelse för materialets magnetiska egenskaper och har tidigare inte kunnat mätas.

– Detta är ett stort framsteg i vår förståelse av magnetism. Den nya metoden gör det möjligt att designa material som blir ännu mer effektiva och kraftfulla i framtiden, säger Rafal Dunin-Borkowski, professor och direktör vid Forschungszentrum Jülich.

Upptäckten har inte bara betydelse för grundforskningen. Den kan också bana väg för nya teknologiska tillämpningar, till exempel energieffektiva lagringslösningar eller vidareutveckling av spintronik – ett forskningsfält som använder elektronernas spinn för informationsbearbetning.

Projektet finansierades av Vetenskapsrådet.