표면에서 스핀의 앙상블 측정


설명

이 그룹은 두 가지 연구 주제를 탐구하고 있습니다. 첫째, 그룹 리더의 전문성을 따라서 국내와 전세계 해외 싱크로트론 시설에서 자기 X선 흡수 연구를 수행하는 것입니다. 둘째, 깨끗한 표면에서 원자 스케일의 양자 자석의 앙상블 평균 전자스핀공명(ESR)을 측정할 수 있는 고유의 연구 장비를 개발하는 것입니다.

X선 흡수(x-ray absorption: XAS)와 자기 원형 이색성(magnetic circular dichroism: XMCD)은 극단적으로 희석된 자성체에 대해 특유의 민감도를 제공하는 원소 별 기법입니다. 비자성(non-magnetic) 표면에 위치한 원자와 분자의 앙상블의 자기적 특성을 살펴보기 위해 우리는 이러한 기법을 이용하고 있습니다. 우리의 초점은 이들의 자기 상태의 안전성, 이들의 스핀의 정적 동적 특성을 결정하는 상호작용을 조사하는 것입니다. 또한 다른 연구 팀과 일부 협업으로 여러 싱크로트론 시설에서XAS와 XMCD를 수행하고 있습니다. 그룹 리더는 최근 MgO의 얇은 층에서 단일 홀뮴 원자가 놀랍도록 오랜 자기적 수명을 갖고 있으며 최대 40K까지 히스테리시스 루프에서 잔류 자기를 보여준다는 것을 증명할 수 있었습니다[Science 352, 318 (2016)]. 양자나노과학 연구단의 이 그룹에서는 현재 훨씬 높은 고온에서 자기적 안정성을 유지할 수 있는 새로운 원자 스케일의 자석을 찾기 위해 노력 중입니다.

전자스핀공명(ESR)은 절연체에서 컬러 센터 같은 양자 센터의 연구를 위한 안정적인 기법입니다. 요즘에는 복잡한 생체 분자의 구조 결정에 도움을 주기 위해 생물학에도 일반적으로 응용되고 있습니다. 우리는 이러한 기법을 이용해 표면에서 원자 스케일 자석의 양자 결맞음을 살펴보고 있습니다. 현재 우리는 로잔 연방 공과대학교에 있는 연구 그룹과 협력하여 극저온 ESR 장비를 개발하고 있습니다. 이러한 장비는 초고진동(ultra-high vacuum) 상태에서 작동하면서 단일 원자와 단일 분자 자석처럼 표면 위의 자기적 시스템에 대한 민감도를 개선할 것입니다. 그 다음, 이러한 앙상블 평균 측정의 결과를 가지고 시스템에 대해 주사터널링현미경(STM) 기반 측정을 실시할 것입니다. 우리는 이러한 접근방식이 표면에서 더 나은 양자 시스템을 찾는 데 있어 크게 유용할 것으로 믿습니다.

장기목표

  • 표면에서 원자의 앙상블에 대해 높은 정밀도로 측정
  • 표면에서 스핀에 대한 빠른 측정 능력 개발

단기 목표

  • X선 흡수 분광법을 이용해 표면에서 원자와 분자의 자성 특성화
  • 표면-과학, 저온 전자스핀공명 장비 개발