पेपर का शीर्षक:

ऊर्जा-फ़िल्टर किए गए विभेदक चरण विपरीत विधि के साथ परमाणु-पैमाने पर चुंबकत्व की इमेजिंग

भौतिक समीक्षा बी 110, 134422 (2024)

डॉ. देवेंद्र सिंह नेगी

धातुकर्म और सामग्री इंजीनियरिंग विभाग, आईआईटी जोधपुर

विवरण:

उन्नत इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए कार्यात्मक नैनो चुंबकीय सामग्री अपरिहार्य हैं। जैसे-जैसे नैनो प्रौद्योगिकी तेजी से आगे बढ़ रही है, इन कार्यात्मक सामग्रियों का आकार भी उसी अनुपात में सिकुड़ रहा है। इसलिए, नैनो चुंबकीय सामग्रियों को और विकसित करने और इंजीनियर करने के लिए हमें एक ऐसी तकनीक की आवश्यकता है जो परमाणु पैमाने की संवेदनशीलता पर चुंबकत्व की जांच या छवि बना सके। ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (TEM) एक महत्वपूर्ण उपकरण है, जो परमाणु पैमाने पर चुंबकत्व की छवि बना सकता है और उसे माप सकता है। हाल ही में विकसित इलेक्ट्रॉन चुंबकीय परिपत्र द्विवर्णता (EMCD) और TEM में अंतर चरण विपरीत (DPC) विधियों ने एकल परमाणु की विद्युत चुम्बकीय जानकारी तक पहुँचने में सक्षम बनाया है। TEM में DPC विधि परमाणु के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के साथ घटना अभिसारी इलेक्ट्रॉन जांच के लोचदार विक्षेपण की जांच करती है। विक्षेपण की मात्रा परमाणुओं के आवेश घनत्व या विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के अनुपात में होती है। इसलिए, DPC परमाणु पैमाने पर आवेश घनत्व, विद्युत चुंबकत्व क्षेत्र की छवि बनाने की अनुमति देता है। यह विधि इमेजिंग कंट्रास्ट को भी बढ़ाती है और प्रकाश परमाणुओं की बहुत कुशलता से छवि बनाने की अनुमति देती है।

इस कार्य में हमने डीपीसी में ऊर्जा फ़िल्टर किए गए इलेक्ट्रॉन के साथ परमाणु पैमाने पर चुंबकत्व की छवि बनाने के लिए टीईएम में एक नई विधि विकसित की है। टीईएम में ऊर्जा फ़िल्टर किए गए इलेक्ट्रॉन कोर-लॉस इलेक्ट्रॉन हैं, जो एक परमाणु के कोर इलेक्ट्रॉन को खाली ऊर्जा स्तरों पर उत्तेजित करते हैं। ये इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के चुंबकत्व की जानकारी ले जाते हैं। हमारी विकसित विधि से पता चलता है कि, अलोचदार इलेक्ट्रॉन की संवेदनशीलता पारंपरिक लोचदार समकक्ष की तुलना में दो क्रम की परिमाण है। दिलचस्प बात यह है कि ऊर्जा फ़िल्टर किए गए डीपीसी जांच दिशा के साथ चुंबकत्व की जांच कर सकते हैं। इसलिए, यह नया तरीका परमाणु पैमाने पर एक साथ इन-प्लेन और आउट-ऑफ-प्लेन चुंबकत्व की छवि बनाने का मार्ग प्रदान करता है। हमारा काम टीईएम में परमाणु पैमाने की संवेदनशीलता पर 3-आयामी चुंबकत्व की छवि बनाने के लिए एक नया प्रतिमान प्रस्तुत करता है।

चित्र 1. TEM में EF-DPC विधि को दर्शाने वाला योजनाबद्ध आरेख। एक अभिसारी इलेक्ट्रॉन जांच परमाणु के कोर-इलेक्ट्रॉन को उच्च ऊर्जा स्तर पर उत्तेजित करती है। ये अप्रत्यास्थ इलेक्ट्रॉन परमाणु की चुंबकत्व जानकारी ले जाते हैं, जो बाद में विवर्तन पैटर्न बनाते हैं। इन विवर्तन पैटर्न का पता DPC डिटेक्टर द्वारा परमाणु के चुंबकीय क्षेत्र की छवि बनाने के लिए लगाया जाता है।

चित्र 2. LaMnAsO इकाई सेल में दो Mn परमाणुओं का EF-DPC, चुंबकत्व के दिशात्मक घटक को दर्शाता है, जिसे Sx, Sy, Sz और मिली-रेडियन इकाई में संबंधित इलेक्ट्रॉन विक्षेपण के रूप में संदर्भित किया जाता है। आउट-ऑफ-प्लेन चुंबकीय क्षेत्र और चुंबकीय संकेत Mn परमाणुओं के केंद्र में भंवर को दर्शाता है।

डॉ. देवेंद्र सिंह नेगी

लिंक: https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.110.134422

शोध डोमेन: ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, चुंबकत्व