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자기 구조에 대한 정확한 이해를 얻는 것은 고체 물리학의 주요 목표 중 하나임. 현재 이 분야에서 상당한 연구가 진행되고 있으며, 그 목표는 작은 자기 구조를 정보 매체로 사용하는 미래의 데이터 처리 애플리케이션을 개발하는 것임.

독일 마인츠 요하네스 구텔베르크 대학과 헬름홀츠 연구소의 연구진은 최근 두 가지 다른 기술을 결합한 자기 구조를 조사하는 새로운 방법을 제시함. 이를 통해 샘플의 자기장과 자화를 측정하고 매핑 할 수 있음.

고체 물리학에서 잘 알려진 방법 중 하나는 자기장과 자화를 감지하기 위해 자기광 커 효과(MOKE)를 사용함. 그러나 이것은 제한된 양의 정보만을 제공하기 때문에 연구진은 자기장의 매핑을 가능하게하기 위해 소위 다이아몬드 색상 중심을 사용하는 자기 측정 방법과 커(Kerr) 효과를 결합하기로 결정함.

다이아몬드 프로브를 사용하면 측정 잠재력과 관련하여 완전히 새로운 옵션을 여는 감도가 제공됨. 새로운 결합 측정 방법은 다양한 주변 조건에서 사용할 수 있음. 다이아몬드 결정격자의 특정 결함은 자기 구조를 검사하는 데 사용할 수 있는 속성을 생성하는데, 질소 공석 중심라고도 하는 이러한 색 중심은 다이아몬드 탄소 격자 구조의 점 결함임. 연구진은 다이아몬드의 이러한 색 중심을 자기 현상을 측정하는 프로브로 사용함. 다이아몬드 기반 자력계는 매우 낮은 온도에서도 작동할 수 있으며 실온보다 높은 온도에서도 작동할 수 있지만, 샘플과 프로브 사이에 필요한 거리는 불과 몇 나노미터 범위에서 아주 작을 수 있음.

연구진은 다이아몬드 결정에 얇은 질소 결함 층이 있으며 이를 통해 자기 구조를 매핑하고 자기장 사진을 찍을 수 있다고 설명함. 또한, 자기장의 모든 구성 요소를 매핑함으로써 광 자기 측정이 제공하는 가능성을 보완하고 확장할 수 있다고 함.

본 연구 성과는 Physical Review Applied ("Imaging Topological Spin Structures Using Light-Polarization and Magnetic Microscopy")에 게재됨.