Development of spin-resolved resonant electron-energy-loss spectroscopy and application to spin quantum physics

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H04453
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: KIMURA Shin-ichi 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 教授 (10252800)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邊 浩 大阪大学, 大学院生命機能研究科, 助教 (50625316) ; 大坪 嘉之 大阪大学, 生命機能研究科, 助教 (70735589)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: スピン偏極電子エネルギー損失分光 / 強相関電子系 / スピン偏極電子源 / スピン偏極非弾性電子散乱 / スピントロニクス

Outline of Final Research Achievements

Spin-resolved resonant electron energy loss spectroscopy (SR-rEELS), a novel spectroscopic method to observe spin- and ion-dependent collective and charge excitations such as plasmons, magnons, and phonons, which are the origin of material properties, has been developed. This methodology is characterized by the fact that by changing the electron beam energy of 0.5-1.5 keV, which corresponds to the M absorption edges of rare earth ions and the L absorption edges of transition metals, and spin-polarized electron gun has been used. At the absorption edges, it has been observed that the inelastic electron scattering intensity resonantly increased. In addition, spin-resolved electron inelastic scattering can be observed. In addition, the possibility of expanding to angle- and time-resolved SR-rEELS was investigated as a future development.

Free Research Field

物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果は、スピン分解共鳴電子エネルギー損失分光法（SR-rEELS）という物質の素励起を観測する新しい方法論を提示したことが、学術的意義があると考えられる。この方法論は、シンクロトロンX線や中性子源の大型施設を用いることなく、小規模な実験室で大型施設と同様の観測が行える上に、X線や中性子線とは相補的な、スピン分解測定や共鳴測定が可能であるところに特徴がある。このことは、大型施設をダウンサイジングしただけではなく、新たな情報を引き出すことができることを示している。SR-rEELSで得られる情報は、スピン流の直接観測などの新しい検出法として展開されるものと考えられる。