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Représentation d'un état quantique de spin 1/2 par une sphère de Riemann.
La polarisation du spin des électrons est un problème de la physique quantique depuis longtemps étudié, mais jamais complètement résolu. "Le spin est une propriété fondamental des électrons, que l'on peut se représenter en imaginant l'électron qui tourne rapidement sur lui-même comme une toupie" explique Vincenzo Grillo. Dans les électrons libres, l'axe de rotation est orienté de manière aléatoire, un peu comme des toupies qui s'inclinent aléatoirement, et les méthodes proposées jusqu'à présent pour aligner le spin des électrons désordonnés se sont démontrées peu efficaces.
Les scientifiques ont montré à l'aide de simulations, qu'il est possible de polariser le spin d'un faisceau d'électrons à travers des lentilles magnétiques, systèmes complexes de champs électriques et magnétiques. "Les calculs indiquent qu'au centre du faisceau il se produit un effet d'interférence capable d'aligner de façon contrôlée l'orientation des spins des électrons" assure Vincenzo Grillo. "Il n'existait pas, jusqu'à présent, de processus qui permettait de 'maîtriser' les spins initialement distribués de manière aléatoire."
Le résultat a également des applications concrètes. "Utilisés dans un microscope électronique, les faisceaux polarisés permettraient d'étudier le spin des électrons à l'intérieur des matériaux, un facteur crucial dans la recherche sur les mémoires magnétiques, plus efficaces que les mémoires que l'on trouve actuellement dans nos disques durs" termine Vincenzo Grillo. "Les simulations ont confirmé que notre système peut être inséré dans des microscopes électroniques de dernière génération, la prochaine étape, à laquelle nous travaillons déjà, consiste à réaliser un tel microscope".