일본 국립재료과학연구소(National Institute for Materials Science)의 연구원 코이치로 야지(Koichiro Yaji)와 츠다 슌스케(Shunsuke Tsuda)는 물질에서 전자 스핀 상태의 주요 측면을 시각화할 수 있는 개선된 유형의 현미경을 개발했다고 17일 밝혔다.

스핀이라고 하는 전자의 양자 역학적 특성은 우리 일상 세계에서 물체의 스핀보다 더 복잡하지만 전자의 각운동량의 척도와 관련이 있다. 전자의 스핀 상태는 전자가 속한 물질의 전자 및 자기 활동에 상당한 영향을 미칠 수 있다.

Yaji와 Tsuda가 개발한 기술은 이미징형 스핀 분해 광방출 현미경(iSPEM)으로 알려져 있다. 빛과 물질의 전자의 상호 작용을 사용하여 전자 스핀의 상대적 정렬을 감지한다. 특히 전자 스핀 분극(electron spin polarization)에 초점을 맞추고 있는데, 이는 전자 스핀이 특정 방향으로 집합적으로 정렬되는 정도다.

이 팀의 iSPEM 기계는 시료 준비 및 분석을 위해 3개의 상호 연결된 초고진공 챔버로 구성되어 있다. 전자는 빛 에너지를 흡수하여 시료에서 방출되고 장치를 통해 가속된 다음 스핀 필터 결정과의 상호 작용에 의해 분석된다. 결과는 전문가가 샘플의 전자 스핀 상태에 대한 필요한 정보를 수집하는 데 사용할 수 있는 이미지로 표시된다.

Yaji는 "기존 기계와 비교했을 때 iSPEM 기계는 데이터 수집 효율을 10,000배 크게 향상시키고 공간 해상도를 10배 이상 향상시켰다고 밝히며 "이는 마이크로미터 미만 영역에서 이전에는 접근할 수 없었던 수준에서 미세한 재료 및 장치의 전자 구조를 특성화할 수 있는 엄청난 기회를 제공한다."고 설명했다.

이러한 발전은 스핀트로닉스로 알려진 빠르게 발전하는 분야의 일환으로 정보 처리 및 기타 전자 장치에서 전자 스핀 상태를 사용하는 개선을 촉진할 수 있다. 스핀트로닉스 응용 분야에서 전자의 스핀 상태는 전하의 전통적인 사용 외에도 정보를 저장하고 처리하는 데 사용된다.

"이것은 양자 컴퓨터를 포함하여 더 에너지 효율적이고 더 빠른 전자 장치로 이어질 수 있다"라고 Yaji는 말합니다. 양자 역학적 동작의 미묘함을 컴퓨팅에 적용하는 것은 컴퓨팅 성능을 다른 수준으로 끌어올리기 위한 노력의 최전선에 있지만, 지금까지 대부분의 발전은 실제 적용보다는 난해한 시연에 국한되었다. 전자 스핀에 대한 이해, 제어 및 시각화를 마스터하는 것은 중요한 진전이 될 수 있다.

"우리는 이제 전자 스핀 기반 장치의 새로운 세대를 개발하기 위해 기계를 사용하여 이전에 보이지 않게 숨겨져 있던 작고 구조적으로 복잡한 샘플의 특성을 조사할 수 있기 때문에 기계를 사용할 계획이다.“라고 Yaji는 자신감을 나타냈다.

출처 : https://www.asiaresearchnews.com/content/new-spin-materials-analysis