El momento angular orbital (OAM) es el momento angular del centro de rotación elegido. Es una propiedad fundamental de la estructura electrónica que se encuentra en los materiales, lo que conduce al magnetismo. Los haces de rayos X ‘retorcidos’ de OAM son una excelente promesa para la obtención de imágenes y el sondeo de materiales a nanoescala.
Los fotones de rayos X dispersos desde una matriz modelada de imanes a nanoescala obtienen una evolución relacionada con el momento angular orbital. Los rayos X se pueden activar y desactivar con la temperatura y los campos magnéticos. Recuadro: patrón de difracción de rayos X experimental. Imagen de tapa: Universidad de Kentucky. Adaptado de JS Woods et al. , «Momento angular orbital de rayos X conmutable de hielo de espín sintético». Cartas de revisión de material 126, 117201 (2021).
Ahora, los investigadores han inventado y demostrado un nuevo método que utiliza una matriz única de imanes a nanoescala para transmitir OAM a haces de rayos X. Es posible activar y desactivar los rayos X con la ayuda de los cambios realizados en los campos magnéticos y la temperatura.
La influencia
Los métodos de nanofabricación desarrollados recientemente han validado las predicciones de los investigadores sobre la interacción entre matrices modulares de nanoimanes. En este estudio realizado, los investigadores analizaron un cristal de espín artificial, o «hielo», y cómo interactúa con los rayos X.
Estas partículas de espín artificial están compuestas por conjuntos de nanoimanes. Los científicos pueden ajustar las propiedades de estos imanes para diferentes aplicaciones. La investigación allana el camino para el uso de materiales sintéticos como la óptica de rayos X reconfigurable para producir y cambiar haces de rayos X OAM. Los haces torcidos resultantes son útiles para aprender sobre materiales magnéticos.
resumen
El momento angular orbital (OAM) de los fotones visibles se puede utilizar en campos tan diversos como las pinzas ópticas, la criptografía cuántica y las comunicaciones. Hoy en día, existe un interés cada vez mayor en la OAM de rayos X para examinar y obtener imágenes de materiales a nivel de nanoescala.
El grupo de investigación para el nuevo estudio incluyó a científicos de la Universidad de Kentucky, el Laboratorio Nacional Argonne, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, el Laboratorio Nacional Brookhaven y la Universidad de California, Berkeley.
Aquí, el ASI se considera sobre la base de una cuadrícula cuadrada con un defecto estructurado en su centro. Los científicos comprobaron que esta estructura ordena el antiferromagnetismo a temperatura ambiente y que los fotones de rayos X tienen números cuánticos pares e impares que dependen de si se dispersan de la textura magnética o de la estructura de densidad.
En última instancia, los científicos demostraron que los haces OAM de dispersión magnética pueden activarse y desactivarse mediante cambios modestos en los campos magnéticos y las temperaturas aplicados. Tales hallazgos apuntan a la óptica de rayos X reconfigurable que se puede desarrollar utilizando ASI, y tales estructuras pueden permitir la investigación selectiva de los estados magnéticos y electrónicos presentes en los materiales.
financiación
Este trabajo fue apoyado financieramente por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía (DOE). El trabajo utilizó un detector de rayos X suave basado en Timepix, que el Departamento de Energía ayudó a desarrollar.
Dos de los científicos fueron asistidos por el programa Materiales magnéticos sin equilibrio (MSMAG) del Departamento de Energía. Este estudio hizo uso de recursos de varias instalaciones de usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE: Fuente de luz de sincrotrón nacional II, Fuente de luz avanzada y Centro de materiales a nanoescala.
La caracterización de la muestra se realizó en el Departamento de Ciencias de los Materiales del Laboratorio Nacional de Argonne con el apoyo de la Oficina de Ciencias, Ciencias Básicas de la Energía y Ciencia e Ingeniería de los Materiales del Departamento de Energía.
Este trabajo se completó en parte en el Centro de Nanociencia e Ingeniería y el Centro de Materiales Avanzados de la Universidad de Kentucky, que son miembros de la Infraestructura Nacional Coordinada para la Nanotecnología, que cuenta con la asistencia de la Fundación Nacional de Ciencias.
Referencia de la revista:
Justin, W.; y otros. (2021) Momento angular orbital de rayos X conmutable de un hielo de espín artificial. Cartas de revisión física. doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.117201.
fuente: https://www.energy.gov/
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