一种精确测量流经量子材料表面的电子的神秘行为和磁性的新方法，可以为下一代电子学开辟道路。
硅基半导体位于电子设备的核心，它依赖于负责向电子设备供电的受控电流。这些半导体只能接收电子的能量电荷，但电子不仅仅是带电的。它们还具有称为自旋的固有角动量，这是量子材料的特性。虽然难以捉摸，但电子设备可以通过操纵得到增强。
由能源部橡树岭国家实验室的李安平领导的科学家团队开发了一种创新的微观技术，用于检测拓扑绝缘体中的电子自旋，这是一种可用于此类应用的新量子材料。自旋电子学和量子计算。
“自旋电流，即移动电子的总角动量，是拓扑绝缘体中的一种行为，在自旋敏感的方法开发出来之前无法解释，”李说。
电子设备持续快速发展，要求将更多的功率装入更小的组件中。这促使人们需要更低成本、更节能的充电电子设备替代品。拓扑绝缘体沿其表面传输电流，但在大块材料中更深，它充当绝缘体。流经材料表面的电子呈现出均匀的自旋方向，这与半导体中电子旋转方向不同。
“基于电荷的设备不如基于自旋的设备节能，”李说。"为了让旋转变得有用，我们需要控制它们的流动和方向."
为了探测和更好地理解这种奇怪的粒子行为，该团队需要一种对移动电子的自旋敏感的方法。他们的新显微镜方法在Bi 2 Te 2 Se单晶上进行了测试，Bi 2 Te 2 Se单晶是一种含有铋、碲和硒的材料。它测量当电子流在特定点之间移动时，沿着材料表面产生多少电压，同时感测每个电子自旋的电压。
这种新方法基于四探针扫描隧道显微镜，这是一种通过四个可移动的探测尖端来精确定位材料原子活性的仪器——通过添加一个组件来观察电子在材料表面的自旋行为。该方法不仅包括自旋灵敏度的测量。它还将电流限制在表面的一个小区域，这有助于防止电子从表面逃逸，从而提供高分辨率的结果。
“我们已经成功地探测到了电子自旋流产生的电压，”李先生说，他在《物理评论快报》上发表的一篇论文中解释了这种方法。“这项工作为拓扑绝缘体中的自旋电流提供了明确的证据，并为研究最终可能应用于下一代电子设备的其他量子材料开辟了新的途径。”
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