由Phys的Ingrid Fadelli创作
（同organic）有机 图中显示氦原子被夹在扫描隧道显微镜针尖和样品之间
学分:培训师等
自旋电子学，也称为自旋电子学，是一个研究领域，探索电子的固有自旋及其磁矩如何被设备利用
自旋电子器件有望得到广泛的应用，特别是有效地存储和传输数据
自旋电子器件的关键要求是控制和检测电子自旋极化的能力
自旋极化本质上是自旋(即
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电子和其他基本粒子的固有角动量)与特定方向对齐
美国圣安德鲁斯大学的研究人员
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和世界范围内的其他研究所最近表明，氦可以影响隧道电流的自旋极化和一种称为自旋极化扫描隧道显微镜(SP STM)的技术的磁对比度
他们的发现发表在《物理评论快报》上，可能会对新电子设备的发展产生重要影响
在他们之前的研究中，同一个研究小组研究了反铁磁材料碲化铁的磁有序性
值得注意的是，他们发现通过使用扫描隧道显微镜从样品表面收集磁性材料，他们可以对样品的磁性顺序进行成像
“作为我的博士学位的一部分
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项目中，我将在矢量磁铁中建立一个新的扫描隧道显微镜，我开始做的第一个测量是复制这个图像，”进行这项研究的研究人员之一克里斯托弗·培训师告诉Phys
（同organic）有机
“我努力了，但没能成功
这对我们来说是一个巨大的难题，因为通常情况下，这种测量相当直接，直到我们发现新显微镜的真空密封有一个漏洞，这样我们用来冷却实验的液氦就可以进入测量室
" 基于他们之前的观察，Trainer和他的同事着手测试氦可能影响他们的显微镜成像磁序的假设
为此，他们修复了氦泄漏，并系统地将氦添加到显微镜的测量室中
他们的实验表明，困在扫描隧道显微镜尖端和他们的样品之间的氦会完全抑制显微镜检测磁序的能力
添加氦前后碲化铁表面的扫描隧道显微镜图像
在真空图像中，磁有序显示为条状图案，一旦加入氦，该图案就会消失
学分:培训师等
参与这项研究的另一名研究人员彼得·瓦尔告诉《物理》杂志，“我们通常不会故意在显微镜的真空罐中加入氦气，因为它有破坏扫描隧道显微镜头部的风险。”
（同organic）有机
“事实上，由于控制尖端位置需要高电压，人们可以在接线中获得电弧放电，从而有效地‘燃烧’测量头，即我们显微镜的心脏
事后看来，关键的影响(我
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一旦隧道结中有探针粒子，我们就会对交换相互作用变得敏感)可能是可以预测的，但是没有人进行过测量
" 在他们最近的研究中，Trainer、Wahl和他们的同事使用了STM，一种可以用来在原子水平上成像的显微镜，来测量显示出不寻常的反铁磁有序的碲化铁样品
值得注意的是，扫描隧道显微镜的工作原理是利用电子穿过势垒的“量子隧道”能力，而电子通常无法穿过势垒
Trainer解释说:“当把原子级的尖端带到非常接近样品表面的位置时(精确到十亿分之一米以内)，电子可以在尖端和样品之间‘跳跃’。”
“通过在样品表面移动尖端，我们可以利用这种效应建立样品表面的原子图像
如果显微镜的探针头是磁性的，扫描隧道显微镜也能够成像磁序
" Trainer、Wahl和他们的同事进行的实验的主要目的是确定被捕获在尖端和碲化铁样品之间的氦原子会有什么影响
通过改变施加在扫描隧道显微镜针尖和样品之间的电压，研究小组可以从针尖和样品之间喷射出氦原子
“我们发现，踢出氦所需的电压让我们获得了它的结合能，并且取决于尖端和样品之间的磁相互作用，因此通过精确测量将氦喷射到样品表面所需的电压，我们可以绘制出尖端和样品之间的磁交换相互作用(或磁力)。”Trainer解释道
有趣的是，研究人员还发现，隧道结中氦的存在与否极大地影响了隧道电子的自旋极化
这意味着通过对样品施加不同的电压，从而对隧道结中的氦施加不同的电压，可以控制隧道电流的自旋极化
显示当氦从尖端和样品之间被挤出时在电压下记录的碲化铁表面的图像
下图:从隧道结中喷出氦原子所需的能量图
可以看出，所需的能量随着潜在的磁序而变化，这提供了一种绘制磁交换相互作用的方法
学分:培训师等
Trainer说:“我们研究的两个关键结果是，我们可以使用外加电压控制尖端和样品之间隧穿的电子的自旋极化，以及测量尖端和样品之间的交换相互作用，而不必像以前那样进行力的测量。”
在未来，这个研究小组提出的利用外加电压控制电子自旋极化的方法，将有助于开发新的自旋电子电路和器件
与此同时，培训师、瓦尔和他们的同事计划进行进一步的研究，旨在进一步测试他们最近论文中介绍的策略
“有许多具有复杂磁性相的奇异量子材料显示出有趣的物理性质，然而令人失望的是，这些材料中有许多是绝缘的，这意味着它们不能用扫描隧道显微镜直接研究，”Trainer补充道
“我们未来的研究计划之一是在金属基底上生长这些绝缘磁性材料的薄层，这将允许显微镜中的电子穿过绝缘层
" 最后，Trainer和他的同事希望通过在绝缘表面涂上一层氦气，并用磁性尖端收集测量结果，他们将能够测量尖端和绝缘层之间的交换相互作用
这反过来将使他们能够表征他们所检查的绝缘磁性材料的磁性，否则这是无法通过扫描隧道显微镜技术检测到的
“我们的方法提供了一种对量子磁性成像的新方法，例如在受抑磁系统中，”Wahl说
“一个有趣的公开问题是，磁涨落将如何影响交换相互作用，以及这种方法是否对涨落的磁序敏感
"
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