筑波日本 4 月 17 日 2024 – （亚太商讯）- 日本国家材料科学研究所的研究人员 Koichiro Yaji 和 Shunsuke Tsuda 开发了一种改进型显微镜，可以可视化材料中的电子自旋状态。 电子的量子力学特性（称为自旋）比我们日常生活中物体的自旋更复杂，但它与电子角动量的测量有关。 电子的自旋态对其所含材料的电子和磁性行为具有显着影响。

Yaji 和 Tsuda 开发的技术称为成像型自旋分辨光电子显微镜（iSPEM）。 它利用光与材料中电子的相互作用来检测电子自旋的相对排列。 特别关注电子自旋极化——电子自旋集中在特定方向的程度。

该团队的 iSPEM 机器由三个互连的超高真空室组成，用于样品制备和分析。 电子吸收样品发出的光能，加速通过设备，并与旋转的滤光晶体相互作用。 结果显示为图像，专家可以使用图像来收集有关样品中电子自旋状态的必要信息。

“与传统机器相比，我们的iSPEM机器将空间分辨率提高了十几倍，数据采集效率显着提高了一万倍。”亚吉说。 “这为表征微观器件和亚微米区域以前无法达到的水平的器件的电子结构提供了巨大的机会。”

这一发展可以促进电子自旋态在信息处理和其他电子设备中的应用进步，作为快速发展的自旋电子学领域的一部分。 在自旋电子学应用中，除了传统的电荷使用之外，电子的自旋状态还用于存储和处理信息。

亚吉说：“这可能会带来更节能、更快的电子产品，包括量子计算机。” 计算量子力学行为的微妙之处是将计算能力提升到另一个水平的最前沿，但到目前为止，大多数进展仅限于神秘的演示而不是实际应用。 了解电子自旋； 掌握控制和可视化可能是向前迈出的重要一步。

“我们现在计划使用我们的设备来研究开发基于电子自旋的设备的可能性，因为它使我们能够观察以前看不见的小型且结构复杂的样品的特性，”Yaji 总结道。

更多信息
姓名：矢地浩一郎
国立材料科学研究所
电子邮件：yaji.koichiro@nims.go.jp

纸： https://doi.org/10.1080/27660400.2024.2328206

先进材料科学与技术：方法（STAM-M）

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中道康文博士
STAM 出版总监
电子邮件：NAKAMICHI.Yasufumi@nims.go.jp

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