Samuel M. Stavis du NIST et Andrew L. Balk, qui a mené la plupart de ses recherches au Laboratoire national de Los Alamos et au NIST, avec des collègues du NIST et de l'Université Johns Hopkins, ont décrit leurs conclusions dans un récent numéro de Examen physique appliqué .

L'équipe a examiné deux types de nanoparticules magnétiques :des particules en forme de bâtonnets en alliage nickel-fer et des amas de particules de forme irrégulière en oxyde de fer. Le champ magnétique appliqué qui dilate les bulles joue un rôle similaire à celui de la pression dans une bouteille de champagne, dit Balk. Sous haute pression, quand la bouteille de champagne est bouchée, les bulles sont pratiquement inexistantes, tout comme les bulles magnétiques sur le film sont trop petites pour être détectées par un microscope optique lorsqu'aucun champ magnétique externe n'est appliqué. Lorsque le bouchon est éclaté et que la pression est abaissée, les bulles de champagne se dilatent, tout comme le champ magnétique externe agrandissait les bulles magnétiques.

Chaque bulle magnétique révèle l'orientation du champ magnétique d'une nanoparticule à l'instant où la bulle s'est formée. Pour étudier la variation de l'orientation dans le temps, les chercheurs ont généré des milliers de nouvelles bulles chaque seconde. De cette façon, les chercheurs ont mesuré les changements dans l'orientation magnétique des nanoparticules au moment où ils se sont produits.

Pour augmenter la sensibilité de la technique, les chercheurs ont réglé les propriétés magnétiques du film. En particulier, l'équipe a ajusté l'interaction Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), un phénomène de mécanique quantique qui impose une torsion des bulles à l'intérieur du film. Cette torsion a réduit l'énergie nécessaire pour former une bulle, fournissant la haute sensibilité nécessaire pour mesurer le champ des plus petites particules magnétiques dans l'étude.

D'autres méthodes pour mesurer les nanoparticules magnétiques, qui nécessitent un refroidissement à l'azote liquide, travailler dans une chambre à vide, ou mesurer le champ à un seul endroit, ne permettent pas une détermination aussi rapide des champs magnétiques à l'échelle nanométrique. Avec la nouvelle technique, l'équipe a rapidement imagé les champs magnétiques des particules sur une grande surface à température ambiante. L'amélioration de la vitesse, la commodité et la flexibilité permettent de nouvelles expériences dans lesquelles les chercheurs peuvent surveiller le comportement des nanoparticules magnétiques en temps réel, comme lors de l'assemblage et du fonctionnement de microsystèmes magnétiques comportant de nombreuses pièces.

L'étude est l'exemple le plus récent d'un effort en cours au NIST pour fabriquer des dispositifs qui améliorent les capacités de mesure des microscopes optiques, un instrument disponible dans la plupart des laboratoires, dit Stavis. Cela permet de mesurer rapidement les propriétés de nanoparticules individuelles à la fois pour la recherche fondamentale et pour la fabrication de nanoparticules, il ajouta.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation du NIST. Lisez l'histoire originale ici.