Κύματα σπιν (spin waves) έγιναν ορατά από ερευνητική ομάδα με χρήση μικροσκοπίας ακτίνων Χ

Η αξιοποίηση των κυμάτων σπιν – συλλογικών ταλαντώσεων ηλεκτρονιακών σπιν – ως φορείς πληροφορίας μπορεί να οδηγήσει σε υπολογιστές που είναι μικρότεροι, ταχύτεροι και περισσότερο συμπαγείς από ότι οι συμβατικές συσκευές. Τώρα, ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει μικροσκοπία μετάβασης ακτίνων-Χ, STXM (scanning transmission x-ray microscopy) για να απεικονίσει άμεσα τέτοια κύματα σπιν σε ένα είδος συνθετικού γρανάτη, [egno.gr: με χημική σύνθεση Y3Fe2(FeO4)3, ή Y3Fe5O12], ένα γρανάτη σιδήρου-υττρίου, [egno.gr: Οι γρανάτες, φυσικά, είναι ομάδα πυριτικών ορυκτών με γενική σύσταση A3B2(SiO4)3, όπου: Α = ασβέστιο, σίδηρος, μαγνήσιο, μαγγάνιο και Β = αργίλιο, σίδηρος, χρώμιο, μαγγάνιο]. Ο συνθετικός γρανάτης σιδήρου-υττρίου (YIG) είναι ένας μαγνητικός μονωτής που εκτιμάται για την ικανότητά του να υποστηρίζει κύματα σπιν για σχετικά μακρόχρονες περιόδους. Το αποτέλεσμα θα οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση του πώς διαδίδονται τα κύματα σπιν – ιδιαίτερα αυτά με μήκη κύματος κάτω από 250 nm, τα οποία θεωρούνται απαραίτητα για σμίκρυνση συσκευών.

Παρόλο που η (μικροσκοπία) STXM έχει ήδη χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη κυμάτων σπιν σε μεταλλικά λεπτά φιλμ, ο (γρανάτης) YIG διαχρονικά έχει παραμείνει αδιαπέραστος στην όραση ακτίνων Χ: το παχύ, μονοκρυσταλλικό υπόστρωμα που δίνει στο υλικό τις εξαιρετικές ιδιότητές του εμποδίζει επίσης τις ακτίνες Χ. Για να εργαστούν για αυτό το εμπόδιο, ο Johannes Förster, του Ινστιτούτου Max Planck για τα Ευφυή Συστήματα στην Γερμανία και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν μηχανικό στιλβωτικό και δέσμες ιόντων για να καθαρίσουν παράθυρα στο υπόστρωμα των δυο δειγμάτων YIG. Λωρίδες χαλκού στα δείγματα μετέφεραν εναλλασσόμενα ρεύματα που διέγειραν κύματα σπιν στο YIG (συνθετικό γρανάτη σιδήρου-υττρίου). Με εστίαση ακτίνων Χ μέσα στο δείγμα δια μέσου των παραθύρων του υποστρώματος, η ομάδα μπόρεσε να δει άμεσα κύματα σπιν με κυματισμό μικρό όσο 100 nm, να απομακρύνονται από τις λωρίδες χαλκού.

Ενώ τα κύματα σπιν συμπεριφέρθηκαν όπως αναμένονταν, η ομάδα λέει ότι τα πειράματά της δείχνουν τη δυνατότητα της μικροσκοπίας ακτίνων Χ να παρατηρήσει κύματα σπιν σε ανάλυση που υπερβαίνει αυτή που είναι δυνατή με οπτικά μικροσκόπια.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Direct observation of coherent magnons with suboptical wavelengths in a single-crystalline ferrimagnetic insulator. Physical Review B.