Science子刊：在桌面上進行磁現象的納米成像

就像閃光攝影可以凍結和捕捉在光線昏暗的房間里奔跑的孩子的動作一樣，激光可以凍結像像圍繞原子核的電子一樣快速的運動。在一個稱為高諧波產生(HHG)的過程中，激光可以形成極短的脈衝，波長可低達1納米，這將使慢速運動的觀測能夠達到納米級尺度（百萬分之一毫米）和飛秒級解析度（十億分之一秒）。

德國哥廷根和奧格斯堡大學的一個研究小組與以色列理工學院合作，首次使用飛秒HHG脈衝來捕捉磁疇的圖像。

研究發表在開放獲取期刊《Science Advances》上("Nanoscale magnetic imaging using circularly polarized high-harmonic radiation" 「使用圓偏振高諧波輻射進行納米級磁成像」)。這項工作建立了一個人們一直探索的後技術:在桌面上的磁光納米成像。

圖：相機記錄的衍射圖和如蠕蟲一般的磁疇

在納米尺度上的磁取向具有巨大的技術重要性，是新一代存儲和邏輯器件的基礎。理解和控制動態微觀現象需要對快速的磁現象進行圖像處理的方法，如開關過程。圓偏振光對材料的磁化很敏感，因此可以用來進行磁性結構的顯微觀察。

不幸的是，為了在實現幾十納米範圍的解析度，需要非常短的波長。因此，相應的高解析度顯微鏡以前需要大粒子加速器(如同步加速器和自由電子激光器)的x射線。

研究人員利用實驗室規模的短波脈衝光源——高頻諧波，解決了利用納米解析度實現磁成像的長期挑戰。重要的是，他們所達到的低於50納米的圖像解析度，可以與在大型加速器中實現的解析度相比。

最關鍵的要素是使用圓偏振高頻諧波，這是最近在Technion公司開發的一種技術。此外，由於與磁相關的信號比典型的非磁效應要小得多，因此識別磁可以被描述為大海撈針。

然而，研究小組採用了一種提高磁性信號的方法:一部分光束通過並散射出磁性樣品，另一部分則被引導進附近的輔助通道。磁散射光和通過信道的光之間的干涉使信號增加了大約10倍。

將輔助照明與圓偏振旋轉(順時針或逆時針)的控制相結合，放大和分離弱磁散射。通俗地說就是使隱藏的針發光。

由Claus Ropers教授領導的研究小組相信，他們演示的成像方法可能會使許多方面受益。「成像是一種非常基礎、用途廣泛的光現象，」作者OferKfir博士說。「光學顯微鏡下的偏振襯度已經非常強大。現在，較短的波長可能會有更高的解析度，這確實給了我們在磁性和其他領域中獲得納米尺度現象的新機會。輔助光增強信號的概念降低了對光源亮度的要求，這使得該方法更加適用。」作者Sergey Zayko博士指出了未來的另一個近期目標:「HHG源的飛秒脈衝將為我們提供納米尺度上磁現象的直接的超快的影片。」

原文來自：nanowerk，原文標題：Magnetic nano-imaging on a table top，由材料科技在線團隊翻譯整理。

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