3D magnetic domains imaged for the first time

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1 (Recuperado de: el 8 de Enero de 2011) 3D magnetic domains imaged for the first time Jan 5, comments Physicists in Europe are the first to obtain 3D images of magnetic domains regions within a material in which all the magnetic moments point in the same direction. While 2D magnetic domains on surfaces can be imaged using several different techniques, 3D images have eluded scientists since such magnetic domains were first proposed over 100 years ago. As well as providing better insight into how domains form and evolve, the technique could also help to improve hard disks which store data in magnetic domains. Magnetic domains in 3D Below a critical temperature the magnetic moments in a ferromagnetic material such as iron tend to point in the same direction as their neighbours. In the absence of an applied magnetic field, however, all the moments in an iron sample will not always point in the same direction. Instead microscopic regions called domains can form whereby all the moments of one domain will point in one direction, while all the moments of a neighbouring domain may point in a different direction. While physicists have been able to study the effect of domains on the magnetic properties of materials, they had not been able to make 3D images of domains deep within the bulk of a material. Instead they had to settle on destructive techniques such as imaging domains

2 near the surface of the sample and then shaving off a thin layer and repeating the measurement. Talbot-Lau neutron tomography But now Ingo Manke and Nikolay Kardjilov of the Helmholtz Centre Berlin and colleagues in Germany, Switzerland and the UK have created the first 3D images using a new technique called Talbot-Lau neutron tomography. They did this by firing a coherent beam of low-energy neutrons at a sample of an iron-silicon alloy. A small number of the neutrons are deflected slightly when they cross a boundary between two domains. This deflection occurs because the index of refraction of the material changes abruptly at the boundary. A diffraction grating with a detector behind it is scanned across the beam of deflected neutrons to determine the angle of deflection. This measurement is repeated many times as the sample is rotated through 360. The data are then fed into a computer program developed by the team, which produces a 3D image of the domains. The images have a spatial resolution of about 35 μm, which Manke and Kardjilov say could be improved to about 1 μm by using a neutron detector with a better spatial resolution and a higher neutron flux. 'Significant advance' Bruce Gaulin of McMaster University in Canada told physicsworld.com, "I am very impressed with the quality of the 3D visualization of the magnetic domains and the quantitative analysis that this quality of data enables." Gaulin, who was not involved in the research, added that the work represents "a significant advance and I would expect it to allow much more detailed understanding of domain structures in materials of practical interest". As well as improving their experimental set-up, the team is also developing better ways to interpret the data. The team also plans to use the technique to put magnetic-domain theories to the test and to make measurements in strong magnetic fields. The work is describe in Nature Communications DOI: /ncomms1125. About the author Hamish Johnston is editor of physicsworld.com

3 3D dominios magnéticos fotografiado por primera vez 05 de enero comentarios Los físicos en Europa son los primeros en obtener imágenes 3D de los dominios magnéticos - regiones dentro de un material en el que todos los puntos momentos magnéticos en la misma dirección. Mientras 2D dominios magnéticos en la superficie pueden ser reflejados con diferentes técnicas, imágenes en 3D han eludido a los científicos ya que tal dominios magnéticos se propusieron por primera vez hace 100 años. Además de proporcionar un mejor conocimiento de cómo se forman y evolucionan los dominios, la técnica también podría ayudar a mejorar los discos duros - que almacenan datos en dominios magnéticos. dominios magnéticos en 3D Imagen en 3D de los dominios magnéticos creados por tomografía de neutrones Talbot-Lau Por debajo de una temperatura crítica de los momentos magnéticos en un material ferromagnético como el hierro tienden a apuntar en la misma dirección que sus vecinos. En la ausencia de un campo magnético aplicado, sin embargo, todos los momentos en una muestra de hierro no siempre apuntan en la misma dirección. En cambio las regiones microscópicas - dominios llama - se pueden formar por el que todos los momentos de un dominio punto en una dirección, mientras que

4 todos los momentos de un dominio de vecinos puede apuntar en una dirección diferente. Mientras que los físicos han sido capaces de estudiar el efecto de los dominios de las propiedades magnéticas de los materiales, que no había sido capaz de crear imágenes 3D de los dominios de lo profundo de la mayor parte del material. En su lugar, tuvo que conformarse con las técnicas destructivas, tales como dominios de imágenes cerca de la superficie de la muestra y después de afeitado de una capa delgada y repetir la medición. Tomografía de neutrones Talbot-Lau Pero ahora Ingo Manke y Nikolay Kardjilov del Centro Helmholtz de Berlín y sus colegas en Alemania, Suiza y el Reino Unido han creado la primera imágenes en 3D utilizando una nueva técnica llamada tomografía de Talbot-Lau neutrones. Lo hicieron por el disparo de un haz coherente de neutrones de baja energía en una muestra de una aleación de hierro-silicio. Un pequeño número de los neutrones se desvían ligeramente cuando cruzan una frontera entre dos dominios. Esta desviación se debe a que el índice de refracción del material cambia bruscamente en el límite. Una red de difracción con un detector detrás de ella se explora a través del haz de neutrones desvía para determinar el ángulo de desviación. Esta medida se repite muchas veces que la muestra se hace girar en 360. Los datos se incorporan después en un programa de computadora desarrollado por el equipo, lo que produce una imagen en 3D de los dominios. Las imágenes tienen una resolución espacial de aproximadamente 35 micras, que Manke y Kardjilov dicen que podría ser mejorado a cerca de 1 micra mediante un detector de neutrones con una mejor resolución espacial y un flujo de neutrones más alto. "Avance significativo" Bruce Gau-lin, de la McMaster University en Canadá physicsworld.com dijo, "Estoy muy impresionado con la calidad de la visualización 3D de los dominios

5 magnéticos y el análisis cuantitativo que esta calidad de los datos permite." Gaulin, que no estuvo involucrado en la investigación, agregó que la obra representa "un avance importante y espero que lo hagan posible la comprensión mucho más detallada de las estructuras de dominio en materias de interés práctico". Así como la mejora de su montaje experimental, el equipo también está desarrollando mejores maneras de interpretar los datos. El equipo también planea utilizar la técnica para poner las teorías magnéticas de dominio a la prueba y para realizar mediciones en campos magnéticos fuertes. El trabajo se describen en la revista Nature Comunicaciones DOI: /ncomms1125. Acerca del autor Hamish Johnston es el editor de physicsworld.com