“一种用于检测纳米级粒子磁场的新型做法”

像刚打开的香槟酒瓶中的气泡一样，微小的圆形磁性区域可以迅速扩大，提供一种测量纳米粒子磁性的准确方法。

该技术由美国国家标准技术研究院( nist )的研究人员及其合作者提供，可以更深入地了解纳米粒子的磁性行为。 由于该方法快速、经济，不需要特殊的条件，因此测量可以在室温和大气压下进行，也可以在液体中进行。 这为制造商测量和改善控制磁特性的纳米粒子提供了实用的方法。

磁性纳米粒子作为微小的驱动器，可以通过磁力推动和拉动其他小物体。 依靠这一特点，科学家们利用纳米粒子消除化学物质的泄漏，组装和操作纳米机器人系统。 磁性纳米粒子甚至具有治疗癌症的潜力。 迅速逆转注入肿瘤的纳米粒子的磁场，产生足以杀死癌细胞的热量。

各个磁性纳米粒子会产生众所周知的棒形磁铁北极和南极一样的磁场。 这些磁场会在nist开发的磁敏薄膜的表面产生磁泡。 初始直径小于100纳米(十亿分之一米)的扁平圆。 气泡包围着纳米粒子的极，朝向与膜的磁场方向相反的方向。 虽然这些编码了纳米粒子磁取向的新闻，但用光学显微镜检测微小气泡并不容易。

但是，就像香槟酒的泡沫一样，磁泡可以扩张到初期直径的几百倍。 通过施加小的外部磁场，小组将气泡的直径扩大到了几十微米(百万分之一米)。 大小足够用光学显微镜注意了。 扩大后的气泡更明亮的信号迅速显示了各纳米粒子的磁取向。

弄清纳米粒子的初始磁取向后，研究人员利用放大的气泡跟踪了外加外部磁场时方向的变化。 记录反转纳米粒子北极和南极磁极所需的外部场强度，表明了抗磁力场的大小，是纳米粒子磁稳定性的基本测量值。 这个重要的特征从以前开始就挑战了各个纳米粒子的测量。

nist的samuel m. stavis和他在洛斯阿拉莫斯国家研究所和nist进行大部分研究的andrew l. balk、nist和约翰斯·霍普金斯大学的同事在最近的物理研究应用上阐述了他们的发现。

这个小组研究了两种磁性纳米粒子:由镍铁合金制成的棒状粒子和由氧化铁制成的不规则形状的粒子簇。 balk先生说，施加的磁场扩大了气泡，起到了和一瓶香槟的压力相似的作用。 正如高压下香槟瓶堵塞时，薄膜上的磁泡太小，未施加外部磁场时光学显微镜检测到的那样，气泡几乎不存在。 就像软木塞飞出的同时压力下降，香槟泡沫膨胀，外部磁场扩大气泡一样。

各个磁泡在气泡形成的瞬间显示出纳米粒子的磁场取向。 为了研究方向如何随时间变化，研究人员每秒产生了数千个新气泡。 这样，测量了纳米粒子产生时的磁取向的变化。

为了提高这项技术的灵敏度，研究人员对薄膜的磁性进行了调整。 特别是，该团队协调了dzyaloshinskii-moriya(DMI )交互作用。 这是量子力学现象，电影中的气泡会发生扭曲。 这种扭曲减少了形成气泡所需的能量，为测量研究中的最小磁性粒子场提供了必要的高灵敏度。

测量磁性纳米粒子的其他方法需要用液氮冷却，在真空室工作或在单一位置测量磁场，这样不允许迅速明确纳米级磁场。 利用这项新技术，该团队在室温下迅速对大面积粒子的磁场进行了成像。 速度、便利性和灵活性的提高，使得新的实验成为可能，研究者可以实时监测磁性纳米粒子的行为，如在磁性微系统的组装和操作中有多个部分。

据stavis称，这项研究是nist致力于制造提高光学显微镜测量能力的设备的最新实例，这是大部分实验室提供的仪器。 他补充说，这可以更快地测量各个纳米粒子的性质，用于基础研究和纳米粒子制造。

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