Les surfeurs passent une grande partie de leur temps à regarder de longues vagues arriver sur le rivage alors qu'ils tentent d'en attraper une au moment où elle commence à se courber et à se briser.

Dans le même esprit, les scientifiques travaillent à créer des ondes électromagnétiques hélicoïdales tordues dont la courbure permet une imagerie plus précise des propriétés magnétiques de différents matériaux au niveau atomique et pourrait éventuellement conduire au développement de futurs dispositifs.

Lorsque les scientifiques utilisent des faisceaux d'électrons pour examiner des échantillons de matériaux, ils ont la capacité de modifier de nombreux aspects différents des ondes électromagnétiques qui composent le faisceau. Ils peuvent rendre l'amplitude des vagues plus grande ou plus petite, ou rendre les vagues plus rapides ou plus lentes. Cependant, jusqu'à présent, il n'y avait pas de moyen facile de transformer une onde plane - comme les longues vagues qui roulent en mer - en une onde hélicoïdale, comme ceux qui s'écrasent sur le rivage.

Dans une nouvelle étude du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), les scientifiques ont créé de petites régions de défauts magnétiques à partir d'îlots magnétiques à l'échelle nanométrique assemblés en une grille. Les ondes planes interagissent avec ces défauts, générant ainsi des ondes hélicoïdales.

"On cherche des vagues avec une sorte de boucle parfaite, et afin de générer la boucle, nous devons leur donner quelque chose sur quoi s'écraser, qui dans notre cas sont des monopôles magnétiques, " a déclaré le scientifique des matériaux d'Argonne Charudatta (C.D.) Phatak.

La raison pour laquelle les scientifiques s'intéressent tant aux ondes hélicoïdales est qu'elles ont une propriété appelée moment angulaire orbital. Connaître le moment angulaire orbital d'un faisceau d'électrons permet aux scientifiques d'étudier le comportement magnétique des matériaux au niveau atomique en déterminant une propriété atomique appelée moment magnétique.

"Si nous pouvons voir les moments magnétiques du matériau, nous pouvons construire une description des propriétés magnétiques totales du matériau, et comment le matériau manifestera ses propriétés électroniques et magnétiques, " dit Phatak.

De cette façon, le faisceau d'électrons reconfiguré pourrait être utile pour étudier des matériaux dans lesquels le spin et l'aimantation jouent un rôle crucial, ouvrant potentiellement la voie à de nouvelles formes d'appareils électroniques.

Avoir accès aux informations codées par le moment angulaire orbital permettra également aux scientifiques de mieux comprendre les nuances des matériaux chiraux, qui ont une sorte de gaucher ou de droitier qui détermine leurs propriétés.

La grille de défauts peut être insérée dans n'importe quel microscope électronique à transmission pour fournir un moyen direct d'imager l'échantillon. « Les gens ne pensent généralement pas à modifier le profil du faisceau lui-même de cette manière, " dit Phatak.

Dans la phase suivante de l'expérimentation, Phatak a expliqué que les chercheurs pourraient chercher à remplacer les grilles des îlots magnétiques par des solénoïdes, ou des bobines de fil qui peuvent agir comme des électro-aimants. L'utilisation de solénoïdes permettrait la création de défauts magnétiques réglés plus précisément. "À l'heure actuelle, en raison de la disposition de la grille magnétique, on ne peut créer des défauts qu'avec une aimantation cumulée de deux ou quatre, mais les solénoïdes nous permettraient d'avoir une gamme beaucoup plus large d'états d'aimantation, " dit Phatak.

Un article basé sur l'étude, "Preuve directe de défauts topologiques dans les ondes électroniques dues à une charge magnétique localisée à l'échelle nanométrique, " paru dans le numéro en ligne du 22 octobre de Lettres nano .