電子スピンは、磁気挙動を決定する電子の基本特性です。酸化ニッケルなどの材料では、電子スピンは結晶格子と相互作用し、さまざまな磁気現象を生み出します。これらの相互作用がどのように発生するかを理解することは、磁気データストレージやその他のアプリケーションの新しい材料を設計するために重要です。
現在、エネルギー省のローレンスバークレー国立研究所（バークレーラボ）が率いる研究者チームは、電子スピンが酸化ニッケルの結晶格子とどのように相互作用するかを理解するためにブレークスルーを行いました。ジャーナルNature Communicationsに掲載された彼らの調査結果は、磁気データストレージの新しい材料を理解し、設計するための基盤を提供します。
「私たちの研究は、電子スピンが酸化ニッケルの格子とどのように相互作用するかについての微視的な詳細を明らかにしています」と、バークレーラボの材料科学部門のポスドク研究者であるYimei Zhuは述べました。 「この理解は、望ましい磁気特性を持つ新しい材料の合理的な設計に不可欠です。」
研究者は、酸化ニッケルの磁気興奮を研究するために、中性子散乱やX線吸収分光法などの実験技術の組み合わせを使用しました。彼らは、電子スピンが交換相互作用とスピン軌道相互作用を通して、2つの異なる方法で格子と相互作用することを発見しました。
交換相互作用は、パウリ除外原理から生じる2つの電子間の磁気相互作用です。スピン軌道相互作用は、電子のスピンとその動きの間の相互作用から生じる相対論的効果です。
研究者は、交換相互作用が酸化ニッケルの支配的な相互作用であることを発見しました。ただし、スピン軌道相互作用は、材料の磁気特性を決定する上で重要な役割を果たします。
「私たちの研究は、電子スピンが酸化ニッケルの格子とどのように相互作用するかについての包括的な理解を提供します」と、バークレーラボの材料科学部門のスタッフ科学者であるJunjie Zhangは述べています。 「この理解により、磁気データストレージ、スピントロニクス、量子コンピューティングなど、幅広い用途向けに、調整された磁気特性を使用して新しい材料を設計することができます。」
ZhuとZhangに加えて、この研究に関与する他の研究者には、Berkeley LabのWenbin Wang、Xiangli Peng、およびXiao Zhangが含まれます。プリンストン大学のロバートJ.カバ。
この研究は、契約番号DE-AC02-05CH11231の下で、DOE科学局、基本エネルギー科学局、材料科学および工学部門によってサポートされました。高度な光源ビームライン12.3.2へのアクセスは、Basic Energy Sciences局のDOE科学局によって提供されました。中性子散乱実験は、オークリッジ国立研究所が運営する科学ユーザー施設のDOEオフィスであるSpallation Neutron Source（SNS）で実施されました。
