Les états de spin des électrons peuvent désormais être sondés avec une résolution beaucoup plus élevée et plus efficacement, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités dans les technologies d'analyse des matériaux et de traitement des données.
Les chercheurs Koichiro Yaji et Shunsuke Tsuda de l'Institut national des sciences des matériaux au Japon ont développé un type de microscope amélioré capable de visualiser les aspects clés des états de spin des électrons dans les matériaux. Leur étude est publiée dans la revue Science and Technology of Advanced Materials :Methods .
La propriété mécanique quantique des électrons appelée spin est plus complexe que le spin des objets dans notre monde quotidien, mais elle y est liée en tant que mesure du moment cinétique d'un électron. Les états de spin des électrons peuvent avoir un impact significatif sur le comportement électronique et magnétique des matériaux dont ils font partie.
La technologie développée par Yaji et Tsuda est connue sous le nom de microscopie à photoémission à résolution de spin de type imagerie (iSPEM). Il utilise l’interaction de la lumière avec les électrons d’un matériau pour détecter l’alignement relatif des spins des électrons. Il se concentre particulièrement sur la polarisation des spins des électrons, c'est-à-dire la mesure dans laquelle les spins des électrons sont collectivement alignés dans une direction spécifique.
La machine iSPEM de l’équipe se compose de trois chambres à ultra-vide interconnectées pour préparer et analyser l’échantillon. Les électrons sont émis par l'échantillon en absorbant l'énergie lumineuse, accélérés à travers l'appareil, puis analysés par interaction avec un cristal de filtre de spin. Les résultats sont affichés sous forme d'images que les experts peuvent utiliser pour glaner les informations nécessaires sur les états de spin des électrons dans l'échantillon.
"Par rapport aux machines conventionnelles, notre machine iSPEM améliore considérablement l'efficacité de l'acquisition de données de dix mille fois, avec une résolution spatiale plus de dix fois supérieure", explique Yaji. "Cela offre d'énormes opportunités pour caractériser la structure électronique des matériaux et dispositifs microscopiques à des niveaux auparavant inaccessibles dans la région submicrométrique."
Cette avancée pourrait favoriser l’amélioration de l’utilisation des états de spin des électrons dans le traitement de l’information et d’autres dispositifs électroniques, dans le cadre du domaine en développement rapide connu sous le nom de spintronique. Dans les applications de spintronique, l'état de spin des électrons est utilisé pour stocker et traiter des informations, en plus de l'utilisation traditionnelle de la charge électrique.
"Cela pourrait conduire à des appareils électroniques plus économes en énergie et plus rapides, notamment des ordinateurs quantiques", explique Yaji. L'application des subtilités du comportement de la mécanique quantique à l'informatique est à l'avant-garde des efforts visant à amener les puissances de calcul à un autre niveau, mais jusqu'à présent, la plupart des progrès se sont limités à des démonstrations obscures plutôt qu'à des applications pratiques. Maîtriser la compréhension, le contrôle et la visualisation du spin électronique pourrait constituer un pas en avant significatif.
"Nous prévoyons maintenant d'utiliser notre machine pour étudier les possibilités de développement d'une nouvelle génération de dispositifs basés sur le spin électronique, car elle nous permettra d'examiner les propriétés d'échantillons minuscules et structurellement complexes auparavant cachés", conclut Yaji. P>
Plus d'informations : Koichiro Yaji et al, Visualisation d'états électroniques polarisés en spin par microscopie à photoémission à résolution de spin de type imagerie, Science et technologie des matériaux avancés :méthodes (2024). DOI :10.1080/27660400.2024.2328206
Fourni par l'Institut national pour la science des matériaux
