自旋探測

自旋探測是指確定電子的自旋狀態的方法。自旋作為電子結構的一項重要參數，對材料性質尤其是磁學性質的影響有著舉足輕重的地位，因此最氣狀態的探測也顯得尤為重要。

基本介紹

• 中文名：自旋探測
• 外文名：Spin detection 
• 一級學科：工程技術
• 二級學科：自旋電子學
• 作用：確定電子的自旋狀態
• 套用：自旋探測儀

內容簡介

在自旋電子器件的研製過程中人們必須解決一系列問題:如何提高自旋極化的注入效率，如何探測自旋極化的弛豫和電子自旋的壽命，自旋極化載流子在異質結界面間如何傳播等。解決以上問題都依賴於對自旋弛豫時間、自旋擴散長度的探測，自旋磁性材料的自旋極化率的表征和對自旋弛豫機理的解釋。

因而基礎試驗和套用試驗的進展依賴於自旋探測手段的發展。

研究意義

材料的電子結構直接決定了材料的力學、熱學、光學和電輸運等巨觀物理性質，因而材料電子結構研究成為凝聚態物理學研究的幣要領域。而自旋作為電子結構的一項重要參數，對材料性質尤其是磁學性質的影響有著舉足輕重的地位。例如材料中電子向上自旋和向下自旋的電子數量不等，就會出現自旋極化電子態；這種狀態的出現，就意味若材料一具有了鐵磁性的巨觀特性。除此之外，凝聚態物理學研究表明，電子自旋相互作用在超導體，重費米子等強關聯物理體系相變機制中具有極其重要的作用。通過對自旋分辨的能帶結構研究可以得到}包一子間交換相互作用、自旋一軌道耦合、以及電荷、自旋、軌道以及品格等多種關聯作用。因此確定電子的自旋狀態對於材料性質的研究就顯得尤為重要。而關於電子自旋狀態的表征手段的研究就迫在眉睫。一種先進的電子自旋表征技術對於凝聚態物理學和現代材料研究具有重要的科學和現實意義。

自旋探測原理

當入射電子束處於非自旋極化狀態即入射電子束中自旋方向取向上和向下的子數目相同時，材料在巨觀表現上不具有鐵磁性。經磁性材料散射作用以後，被散射的電子和二次電子會在不同散射方向上因為自旋取向數目不同而出現自旋極化的現象，即不同散射方向上自旋取向不同的電子數顯著不同。如果能將不同方向的電子數目進行統計，就可以得到電子自旋的極化度和極化方向。

探測電子的方法有很多種，原始的方法是釆用單電子檢出的方式直接測量減速背散射電子。但是這種方式的計數率不夠，並且不抗干擾。可以採用高速閃爍體和光電倍增管檢測高能散射電子的檢測方式，具體的探測電子的方式如下。

自旋電子探測框圖

如圖所示，採用高速閃爍體將自旋電子流轉換為光信號，再用光電倍增管去探測高速閃爍體產生的光信號，最後輸出電流脈衝信號。電子學系統對電流信號進行I-V變換，放大、甄別和計數，這樣就可以得到單個方向的自旋電子數。因為不同的極化方向的電子的運動軌跡不同，如果將四個閃爍體和光電倍增的位置進行固定，就可以得到不同方向上的自旋電子數，然後進行分析，最終得到電子自旋的極化度和極化方向。

電子自旋探測儀

閃爍探測器是主要由閃爍體、光導、光電倍增管以及相應的電子學系統構成的輻射探測器。只有在高能量回響的區域是接近線性關係；這種發射出來的突出的光束必須與印記的光引向相協調，這樣才能使脈衝增大。獲得大幅度的光脈衝，應與光電倍增管的光電倍增管相匹配的閃光燈發射光譜的光譜回響;最後，閃光燈的性能穩定，這是小的長期。閃光的套用主要有:有機和無機。從物理形態分為為固體，液體過液體，氣體的不穩定形態，還有其他不常見的形態。閃爍體最重要的特性是發光效率和能量分辨，這些都是由閃爍體本身決定。在閃光燈中帶電粒子的能量回響曲線，也被稱為能量回響和能量解析度，閃光的能量回響並不是完全線性的，自旋極化的電子的能量分辨曲線是基本線性的光電效應，二次元電子射流儀器，和帶有敏感度的真空元件所構成的光配增管。在弱光檢測的有力工具之一，它是弱燃燒閃爍的光進入光，再經過多次倍頻輸出有用信號。其優點是：高靈敏度、低噪聲、快速回響和高倍率。因此光電倍增管在物理、生物、醫學、氣象以及宇宙等科學技術的各個領域都有廣泛套用，主要用以診斷相關的物理、化學過程。一般光電倍增管有兩個重要屬性，反應了光電倍增管的靈敏度和入射波長的關係:不同材料的光陰極有不同的回響範圍。乘法與控制電壓的關係:在相同條件下，控制電壓越高，增殖率越高，輸出信號越大。

閃爍探測器