Los investigadores Koichiro Yaji y Shunsuke Tsuda del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón han desarrollado un tipo mejorado de microscopio que puede visualizar aspectos clave de los estados de espín de los electrones en los materiales. Su estudio se publica en la revista Ciencia y tecnología de materiales avanzados:métodos. .

La propiedad mecánica cuántica de los electrones llamada espín es más compleja que el espín de los objetos en nuestro mundo cotidiano, pero está relacionada con ella como una medida del momento angular de un electrón. Los estados de espín de los electrones pueden tener un impacto significativo en el comportamiento electrónico y magnético de los materiales de los que forman parte.

La tecnología desarrollada por Yaji y Tsuda se conoce como microscopía de fotoemisión resuelta por espín de tipo imagen (iSPEM). Utiliza la interacción de la luz con los electrones de un material para detectar la alineación relativa de los espines de los electrones. Se centra particularmente en la polarización del espín de los electrones:el grado en que los espines de los electrones están alineados colectivamente en una dirección específica.

La máquina iSPEM del equipo consta de tres cámaras de ultra alto vacío interconectadas para preparar y analizar la muestra. Los electrones se emiten desde la muestra al absorber energía luminosa, se aceleran a través del aparato y luego se analizan mediante la interacción con un cristal de filtro de espín. Los resultados se muestran como imágenes que los expertos pueden utilizar para obtener la información necesaria sobre los estados de espín de los electrones en la muestra.

"En comparación con las máquinas convencionales, nuestra máquina iSPEM mejora drásticamente la eficiencia de adquisición de datos diez mil veces, con una mejora de más de diez veces en la resolución espacial", afirma Yaji. "Esto ofrece enormes oportunidades para caracterizar la estructura electrónica de materiales y dispositivos microscópicos a niveles previamente inaccesibles en la región submicrométrica".

Este avance podría promover mejoras en el uso de los estados de espín de los electrones en el procesamiento de información y otros dispositivos electrónicos, como parte del campo de rápido desarrollo conocido como espintrónica. En aplicaciones de espintrónica, el estado de espín de los electrones se utiliza para almacenar y procesar información, además del uso tradicional de la carga eléctrica.

"Esto podría conducir a dispositivos electrónicos más rápidos y con mayor eficiencia energética, incluidos los ordenadores cuánticos", afirma Yaji. La aplicación de las sutilezas del comportamiento de la mecánica cuántica a la computación está a la vanguardia de los esfuerzos para llevar los poderes de computación a otro nivel, pero hasta ahora la mayoría de los avances se han restringido a demostraciones arcanas en lugar de aplicaciones prácticas. Dominar la comprensión, el control y la visualización del espín de los electrones podría ser un importante paso adelante.

"Ahora planeamos utilizar nuestra máquina para investigar las posibilidades de desarrollar una nueva generación de dispositivos basados ​​en espín de electrones, porque nos permitirá examinar las propiedades de muestras diminutas y estructuralmente complejas que antes estaban ocultas a la vista", concluye Yaji. P>

Más información: Koichiro Yaji et al, Visualización de estados electrónicos polarizados por espín mediante microscopía de fotoemisión resuelta por espín de tipo imagen, Ciencia y tecnología de materiales avanzados:métodos (2024). DOI:10.1080/27660400.2024.2328206

Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales