Взгляд внутрь магнитного поля

3D-изображения могут оказаться полезны не только в медицинских исследованиях, но также и во многих других областях научной деятельности. И ключом к этому является невидимое глазу магнитное поле. Недавно исследователями Института Хан-Майтнера (Hahn-Meitner-Institute), Берлин, совместно с Университетом Прикладной Физики впервые получили трехмерную визуализацию магнитного поля внутри твердого непрозрачного материала.

В своем опыте исследователи использовали нейтроны – субатомные частицы с нулевым зарядом, но имеющими магнитный момент, что делает их идеальным инструментом для исследования магнитных свойств в магнитных материалах. Оказавшись во внешнем магнитном поле нейтроны ведут себя подобно стрелке компаса, ориентируясь по направлению поля. Кроме этого нейтроны имеют внутренний момент импульса, часто представляемый физиками, как спин, благодаря которому «стрелка» вращается вокруг магнитного поля. Когда все магнитные моменты выстроены по полю, можно говорить о спин-поляризации.

Основываясь на полученных теоретических знаниях, ученые представили спины, как измеряемый параметр в томографическом эксперименте, в котором был задействован двухспиновый поляризатор (устройство, пропускающее нейтроны, ориентированные в определенном направлении) для поляризации и анализа нейтронов. Определяя изменения спинов нейтронов, можно было видеть магнитное поля внутри образца.

«Это очень похоже на медицинскую компьютерную томографию, когда образец облучается рентгеновскими лучами и его плотность влияет на интенсивность света. То же самое происходит и с магнитным образцом, который изменяет спиновое вращение нейтронов. Оборудование пропускает нейтроны только с определенной ориентацией спина, что позволяет наблюдать различия магнитных свойств изучаемого образца. Вращая образец, мы получаем полную трехмерную картину», - заметил Николай Кардилов (Nikolay Kardjilov), один из исследователей.

Обычно получение нейтронного изображения основано на разном уровне поглощения материалов, на чем создается контраст. Измерение магнитных сигналов относительно новая идея, успех которой во многом заключается от используемых поляризаторов, анализаторов и систем детектирования.

С новым методом получения 3D-изображений станет возможно решать множество технологических задач, таких, как, например, исследование сверхпроводимости, где знание о распределении линий магнитной индукции являются ключевыми, а также визуализации магнитных доменов в магнитных кристаллах.