Ученые Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) совместно с коллегами разработали уникальный детектор спина электронов, использующий ферромагнитную наномембрану в качестве спин-фильтра. Это первое в мире устройство, где детектирование спина происходит через фильтрацию электронов с передачей изображения в поляризованных частицах. Принцип работы аналогичен оптическому поляризатору: неполяризованные электроны, проходя через наномембрану, становятся поляризованными. Ученые достигли мирового рекорда в эффективности детектирования спиновой поляризации с учетом пространственного разрешения. Для проверки устройства был создан спиновый триод (спинтрон), также впервые в мире.
Будущее здесь. Спинтрон на переднем плане. Автор фото: Надежда Дмитриева. Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/).
Спин-детектор будет использоваться на станции «Электронная структура» Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ) для фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР/ARPES). Устройство сочетает высокую эффективность, низкую стоимость, долговечность и пространственное разрешение, что делает его уникальным на мировом рынке. Кроме того, его можно интегрировать в электронные микроскопы для изучения магнитных свойств материалов. Разработка также открывает перспективы для нового направления — вакуумной спинтроники.
Исследование, поддержанное Российским научным фондом и Правительством Новосибирской области, опубликовано в журнале Physical Review Letters и удостоено статуса «выбор редакции» за новаторство и значимость. Устройство превосходит существующие аналоги, такие как спин-детектор Мотта, по эффективности, долговечности и стоимости. Оно не требует разгона электронов до высоких энергий и способно собирать данные с пространственным разрешением, что значительно увеличивает объем получаемой информации.
Спин — одна из характеристик электрона, определяющая его магнитные свойства. Ученые впервые провели эксперименты по измерению характеристик двумерного спин-фильтра в режиме прямого изображения, достигнув рекордной эффективности. Это открывает новые возможности для изучения магнитных свойств материалов и микроскопии с высоким разрешением.
Для проверки работы спин-детектора был создан вакуумный спинтрон, аналог вакуумной лампы, где управление осуществляется через спин электрона, а не через заряд. Это направление, названное «вакуумная спинтроника», может обеспечить более высокие скорости переключения устройств, меньшие энергопотери и устойчивость к радиации.
Ученые уже интегрируют спин-детектор в лабораторную установку ФЭСУР, что позволит измерять распределение электронов по импульсу, энергии и спину. Это важно для исследования новых материалов, таких как полупроводники, сверхпроводники и 2D-структуры. В будущем устройство будет использоваться на станции «Электронная структура» СКИФ, где раскроет свой полный потенциал.
Дополнительная информация: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.157002