Tot dusver konden magnetische domeinen alleen in twee dimensies worden afgebeeld. Wetenschappers van het Helmholtz-Zentrum Berlin is het gelukt om deze gebieden in het inwendige van magnetische stoffen voor het eerst driedimensionaal weer te geven.
Magnetische domeinen zijn belangrijk om de materiaaleigenschappen en natuurkundige wetten te kunnen begrijpen. Ook in het dagelijks leven spelen ze een belangrijke rol: vooral in opslagmedia zoals harde schijven en laadapparaten, bijvoorbeeld in laptops of elektrische voertuigen. Als men de eigen-schappen van de domeinen zo kiest, dat zo min mogelijk stroom aan de domeingrenzen verloren gaat, dan worden de opslagmedia krachtiger.
Theorie
Magnetische domeinen zijn microscopisch kleine gemagnetiseerde gebieden die in praktisch elk magnetisch materiaal zijn te vinden maar niet te zien. Elk magnetisch materiaal is in zulke domeinen opgedeeld. Wetenschappers noemen ze Weiss-gebieden, naar de Franse fysicus Pierre-Ernest Weiss (1865-1940), die het bestaan ruim honderd jaar geleden theoretisch al voorspeld had. In 1907 realiseerde hij zich dat magnetische momenten van atomen binnen hun werkgebied gelijk gericht zijn.
Deze theorie kon tot dusver alleen worden gezien in tweedimensionale afbeeldingen aan de materiaal oppervlakte. Een team van het Institut Angewandte Materialforschung van het HZB hebben samen met collega’s van de Bundesanstalt für Materialforschung en het Paul-Scherrer Institut een methode ontwikkeld, waarmee ze de magnetische domeinen volledig kunnen afbeelden in hun ruimtelijke structuur, ook in het inwendige materiaal. Daarvoor werden aan het Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden speciale ijzersiliciumkristallen geproduceerd.
De inwendige domeinstructuur daarvan waren door onderzoekers al in modellen ontwikkeld, maar de werkelijke existentie kon nu voor het eerst worden aangetoond. De onderzoekers lossen daarmee een tientallen jaren oud probleem van de beeldvorming op.
Complex netwerk
De meeste magnetische stoffen bestaan uit een complex netwerk van magnetische domeinen. De door de wetenschappers ontwikkelde methode maakt gebruik van de gebieden, waar de grenzen bij elkaar komen, de zogenaamde domeingrenzen. Binnen een domein zijn alle magnetische momenten gelijk, van domein tot domein is de magnetische richting echter verschillend. Bij elke domeingrens wisselt dus de richting van het magnetisch veld. Deze veranderingen gebruiken de onderzoekers voor een radiografisch proces, waarbij ze in plaats van licht neutronen gebruiken.
Een voorwerp in water kan men niet direct herkennen. Het voorwerp lijkt een beetje vervormd en op een andere plaats te liggen. Op een gelijk-soortige manier doorkruisen de neutronen op hun weg door het magnetisch materiaal domeingrenzen. Hier worden de neutronen telkens in verschillende richtingen afgebogen. De afbuiging is echter zeer zwak. In het neutronen-radiogram is dat normaliter niet zichtbaar, omdat dit door niet afgebogen stralen wordt afgedekt.
Om de afgebogen stralen te separeren, gebruiken de onderzoekers meerdere diffractieroosters. Tijdens de meting draaien ze de probe voor het onderzoek in alle richtingen. Uit deze gesepareerde stralen kunnen ze alle domeinvormen berekenen en zo het volledige domeinennetwerk afbeelden.
