中国科学家突破原子级自旋探测 为量子材料研究开新路

新华社报导，中国科学技术大学科研团队找到原子尺度自旋探测新方法，将拓扑量子材料制成扫描隧道显微镜探针，直接取得二维「d波交错磁序」的实验证据。相关成果13日晚刊登于国际期刊《自然》，未来有望应用于二维磁体及莫尔材料研究，为量子科技与新型电子材料开发提供新工具。

这项研究的意义，在于让扫描隧道显微镜不只看见原子排列，还能辨识电子自旋相关信号，并以拓扑材料的螺旋边界态作为自旋选择性探针，为研究新型磁性材料提供新的实验工具。

这项研究由中国科学技术大学物理学院陈仙辉、王震宇团队，联合该校向斌教授及香港科技大学刘军伟教授等人完成。研究团队利用聚焦离子束微纳加工，将溴化铋单晶制成扫描隧道显微镜针尖，运用拓扑材料边界上的特殊电子信道，辨识与自旋相关的电子信号，并将技术应用于交错磁体候选材料钾钒硒氧。

电子自旋是物质磁性的重要来源，掌握其分布，有助理解材料的电子行为与特殊物理现象。传统自旋探测通常依赖磁性针尖；新方法则利用螺旋边界态中，反向传播的电子具有相反自旋特征，形成自旋选择机制，进一步解析原子尺度的磁性排列。

研究团队结合原子成像、磁场响应光谱及电子散射分析，取得相互支持的实验结果，证明钾钒硒氧表面存在二维d波交错磁序。交错磁体具有特殊的自旋排列，整体净磁化强度可为零，电子能带却仍呈现依动量而变化的自旋分裂，因此受到新世代自旋电子学研究关注。

这项突破目前仍属基础研究，并非已可直接量产的电子元件，但展现拓扑材料从「被观测对象」转变为「测量工具」的潜质。未来若能拓展至其他量子材料，将有助深入理解新型磁性、电子传输及量子物态，为自旋电子元件等技术探索奠定基础。