Une nouvelle approche contre-intuitive au microscope électronique peut collecter des signaux magnétiques grâce à l'introduction d'aberrations. La sonde aberrée (à droite) produit une imagerie et des spectres avec une résolution spatiale inférieure à celle d'une sonde traditionnellement corrigée, mais peut capter une signature magnétique. Crédit :Laboratoire national d'Oak Ridge
Les scientifiques peuvent désormais détecter le comportement magnétique au niveau atomique grâce à une nouvelle technique de microscopie électronique développée par une équipe du Laboratoire national d'Oak Ridge du Département de l'énergie et de l'Université d'Uppsala, Suède. Les chercheurs ont adopté une approche contre-intuitive en tirant parti des distorsions optiques qu'ils tentent généralement d'éliminer.
"C'est une nouvelle approche pour mesurer le magnétisme à l'échelle atomique, " Juan Carlos Idrobo de l'ORNL a déclaré. " Nous pourrons étudier les matériaux d'une nouvelle manière. Disques durs, par exemple, sont constitués de domaines magnétiques, et ces domaines magnétiques sont distants d'environ 10 nanomètres." Un nanomètre est un milliardième de mètre, et les chercheurs prévoient d'affiner leur technique pour collecter des signaux magnétiques provenant d'atomes individuels dix fois plus petits qu'un nanomètre.
"Si nous pouvons comprendre l'interaction de ces domaines avec la résolution atomique, peut-être qu'à l'avenir, nous pourrons diminuer la taille des disques durs magnétiques, " dit Idrobo. " On ne le saura pas sans le regarder. "
Les chercheurs ont traditionnellement utilisé des microscopes électroniques à transmission à balayage pour déterminer où se trouvent les atomes dans les matériaux. Cette nouvelle technique permet aux scientifiques de collecter plus d'informations sur le comportement des atomes.
"Le magnétisme a ses origines à l'échelle atomique, mais les techniques que nous utilisons pour le mesurer ont généralement des résolutions spatiales bien supérieures à un atome, " dit Idrobo. " Avec un microscope électronique, vous pouvez rendre la sonde électronique aussi petite que possible et si vous savez contrôler la sonde, vous pouvez prendre une signature magnétique."
L'équipe ORNL-Uppsala a développé la technique en repensant une pierre angulaire de la microscopie électronique connue sous le nom de correction d'aberration. Les chercheurs ont passé des décennies à travailler pour éliminer différents types d'aberrations, qui sont des distorsions qui surviennent dans la lentille optique électronique et brouillent les images résultantes.
Au lieu d'éliminer complètement les aberrations du microscope électronique, les chercheurs ont volontairement ajouté une sorte d'aberration, appelé astigmatisme quadruple, pour collecter des signaux magnétiques de niveau atomique à partir d'un matériau d'oxyde de lanthane, de manganèse et d'arsenic. L'étude expérimentale valide les prédictions théoriques de l'équipe présentées dans une étude de 2014 Lettres d'examen physique étudier.
Juan Carlos Idrobo de l'ORNL a aidé à développer une technique de microscopie électronique pour mesurer le magnétisme à l'échelle atomique. Crédit :ORNL
"C'est la première fois que quelqu'un utilise des aberrations pour détecter l'ordre magnétique dans des matériaux en microscopie électronique, " dit Idrobo. " La correction d'aberration vous permet de rendre la sonde électronique assez petite pour faire la mesure, mais en même temps il fallait mettre une aberration spécifique, ce qui est à l'opposé de ce que les gens font habituellement."
Idrobo ajoute que les nouvelles techniques de microscopie électronique peuvent compléter les méthodes existantes, comme la spectroscopie des rayons X et la diffusion de neutrons, qui sont l'étalon-or dans l'étude du magnétisme mais sont limités dans leur résolution spatiale.
L'étude est publiée sous le titre "Détection de l'ordre magnétique avec des sondes électroniques de taille atomique, " dans le journal de Imagerie structurelle et chimique avancée .
