科学家开发了一种三维成像技术，可以观察磁体中的复杂行为，包括快速移动的波浪和比人的头发细数千倍的“龙卷风”。

该团队来自英国的剑桥大学和格拉斯哥大学，苏黎世联邦理工学院和瑞士的Paul Scherrer研究所，他们用他们的技术观察了磁化的行为，这是第一次在三个方面进行。这项技术被称为时间分辨磁层照相技术，可用于理解和控制用于下一代数据存储和处理的新型磁体的行为。结果发表在《自然纳米技术》杂志上。

磁铁广泛用于从数据存储到能源生产和传感器的应用。为了理解为什么磁铁会表现出这种行为，重要的是要了解其磁化的结构，以及该结构如何对变化的电流或磁场做出反应。

这项研究的第一作者，来自剑桥大学卡文迪许实验室的克莱尔·唐纳利博士说：“到目前为止，还无法实际测量磁体对三维变化磁场的反应。” “我们实际上只能观察到本质上是二维的薄膜中的这些行为，因此不能给我们完整的画面。”

但是，从二维转移到三维非常复杂。对磁行为的建模和可视化在两个维度上相对简单，但在三个维度上，磁化可以指向任何方向并形成图案，这就是使磁铁如此强大的原因。

唐纳利说：“不仅重要的是要知道这种磁化会形成什么图案和结构，而且了解它如何对外部刺激做出反应也很重要。” 从基本的角度来看，这些反应很有趣，但是对于技术和应用中使用的磁性设备而言，这些反应至关重要。”

研究这些响应的主要挑战之一与磁性材料之所以对许多应用如此相关的原因有关：磁化强度的变化通常很小，并且发生得非常快。磁性结构(所谓的畴结构)展现出数十到数百纳米的特征，比人类头发的宽度小数千倍，并且通常在十亿分之一秒内对磁场和电流产生反应。

现在，唐纳利(Donnelly)和她的保罗·谢勒学院(Paul Scherrer Institute)，格拉斯哥大学和苏黎世联邦理工学院的合作者已经开发出一种技术，可以观察磁体内部，可视化其纳米结构，以及它如何响应三维和大小变化的磁场。和所需的时间尺度。

他们开发的技术是时间分辨磁层照相术，它使用称为同步加速器X射线的强大X射线来探测纳米级不同方向的磁态，以及其如何响应快速交变的磁场而发生变化。然后，使用专门开发的重建算法获得了七维数据集(位置为三个维度，方向为三个维度，时间为一个维度)，提供了具有70皮秒时间分辨率和50纳米空间的磁化动力学图。分辨率。

研究人员用他们的技术所看到的就像是纳米级的风暴：随着磁场的变化，波和龙卷风的模式会并排移动。这些龙卷风或涡流的运动以前仅在二维中被观察到。

研究人员使用常规磁体测试了他们的技术，但是他们说，这种技术在开发具有新型磁性的新型磁体中也可能有用。这些新的磁体，例如3-D打印的纳米磁体，对于新型的高密度，高效数据存储和处理很有用。

Donnelly说：“我们现在可以调查可能会打开我们从未想到的新应用程序的新型系统的动态。” “这个新工具将帮助我们理解和控制他们的行为。”