沖浪者花費(fèi)大量時(shí)間觀察長(zhǎng)波進(jìn)入海岸線，因?yàn)楫?dāng)它開始彎曲和折斷時(shí)，他們?cè)噲D抓住一條正確的海浪。

同樣，科學(xué)家正在努力創(chuàng)造扭曲的螺旋電磁波，其曲率允許在原子水平上更精確地成像不同材料的磁性，并可能導(dǎo)致未來器件的發(fā)展。

當(dāng)科學(xué)家使用電子束觀察材料樣本時(shí)，他們能夠修改構(gòu)成光束的電磁波的許多不同方面。它們可以使波的幅度更大或更小，或使波更快或更慢。然而，到目前為止，沒有簡(jiǎn)單的方法可以將平面波 - 如海上長(zhǎng)長(zhǎng)的滾動(dòng)波 - 轉(zhuǎn)換成螺旋波，就像在海岸上撞擊的那樣。

“如果我們能夠看到材料的磁矩，我們就可以描述材料的總磁性，以及材料將如何表現(xiàn)出其電子和磁性。” - 阿爾貢材料科學(xué)家CD Phatak

在美國(guó)能源部(DOE)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)新研究中，科學(xué)家們創(chuàng)造了由納米級(jí)磁島組成網(wǎng)格的小磁區(qū)缺陷。平面波與這些缺陷相互作用，從而產(chǎn)生螺旋波。

Argonne材料科學(xué)家Charudatta(CD)Phatak說：“我們正在尋找具有完美卷曲的波浪，并且為了產(chǎn)生卷曲，我們需要給它們一些撞擊的東西，在我們的例子中是磁性單極子。”

科學(xué)家對(duì)螺旋波如此感興趣的原因是它們具有稱為軌道角動(dòng)量的特性。了解電子束的軌道角動(dòng)量允許科學(xué)家通過確定稱為磁矩的原子特性來研究材料在原子水平上的磁性行為。

“如果我們能夠看到材料的磁矩，我們就可以對(duì)材料的總磁性能進(jìn)行描述，以及材料將如何顯示其電子和磁性，”Phatak說。

以這種方式，重新配置的電子束可用于研究其中自旋和磁化起關(guān)鍵作用的材料，可能為新形式的電子器件鋪平道路。

獲得由軌道角動(dòng)量編碼的信息也將使科學(xué)家能夠更好地理解手性材料的細(xì)微差別，這些材料具有決定其性質(zhì)的左手或右手。

可以將缺陷網(wǎng)格插入任何透射電子顯微鏡中，以提供對(duì)樣品成像的直接方式。“人們通常不會(huì)考慮以這種方式修改光束輪廓，”Phatak說。

在實(shí)驗(yàn)的下一階段，Phatak解釋說，研究人員可能會(huì)尋求用螺線管或可以作為電磁鐵的線圈替換磁島的網(wǎng)格。使用螺線管可以產(chǎn)生更精確調(diào)整的磁缺陷。“現(xiàn)在，由于磁柵的布置，我們只能產(chǎn)生累積磁化強(qiáng)度為2或4的缺陷，但螺線管將使我們能夠獲得更寬范圍的磁化狀態(tài)，”Phatak說。

基于該研究的論文“納米級(jí)局部磁荷引起的電子波拓?fù)淙毕莸闹苯幼C據(jù)”出現(xiàn)在10月22日的納米快報(bào)在線期刊上。Argonne高級(jí)材料科學(xué)家Amanda Petford-Long也參與了這項(xiàng)研究。