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2026 article

Progress in Spatially Resolved Magnon Spectroscopy in the STEM

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Rattachement africain : gb, fr, se, us. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Instrumentation advances for high-resolution electron-energy-loss spectroscopy (EELS) in the scanning transmission electron microscope (STEM) over the last decade have pushed the capabilities of analytical electron microscopy into the meV range [1]. Beyond vibrational spectroscopy, it was recently demonstrated that magnons, quasiparticles which describe the excitation of the spin sub-system in the solid state and occupy the same spectral window as phonon modes, can also be detected at the nanoscale using STEM-EELS [2]. Measurements using a monochromated Nion UltraSTEM MC revealed the distinct dispersive behaviour of energy-loss modes in the meV (THz) energy range that could be unambiguously recognised as magnon branches in NiO, a prototypical antiferromagnetic system with promise for applications in spintronic devices. Comparisons with inelastic simulations using the recently developed time-autocorrelation of auxiliary wave-functions formalism (TACAW) [3] were instrumental in corroborating experimental observations. Inelastic maps acquired in the dark-field EELS geometry [4] across a NiO thin film grown on a non-magnetic substrate confirmed that the magnon signal is strictly confined to the NiO, disappearing completely within a nanometre distance of the interface with the substrate [2]. This raises prospects for spatially resolved studies of spin wave propagation in magnetic materials, in particular with the aim to fingerprint possible modifications arising from nanoscale structural or chemical defects. The ability to achieve sub-nanometre-resolution magnon detection is one of the main challenges in the field of magnonics, as phenomena at this critical length scale are ultimately key to controlling spin injection, spin-wave transmission, spin-torque switching and spin-to-charge conversion in spintronics-based devices. Here, we further explore the spatial localisation of the magnon modes in NiO through inelastic EELS maps acquired with a 1Å-sized electron probe. We study the dependence of the (dark-field) EELS signal as a function of azimuthal and radial displacements of the collection aperture, and compare the experimental results to TACAW-based simulations of the 2-dimensional inelastic maps. Furthermore, in an effort to overcome the challenges of low scattering cross-section of magnons, we exploit the different dependence to temperature of magnons compared to phonons [5] by studying the magnon spectral response and dispersion of yttrium iron garnet (YIG, another system with promise in spintronics), as well as NiO, as a function of temperature using a Protochips Fusion holder for the Nion UltraSTEM MC [6].

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Progress in Spatially Resolved Magnon Spectroscopy in the STEM
Date Crossref
01/07/2026
Éditeur
Oxford University Press (OUP)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Daresbury Laboratory pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • Sci-Tech Daresbury pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • University of York Eng & Technology & JEOL Nanocentre pays non établi dans la notice
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  • Université Paris-Saclay pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Laboratoire de physique des Solides pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • Uppsala University Department of Physics and Astronomy pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • University of Washington Materials Science and Engineering Department pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • University of Washington Applied Physics Laboratory pays non établi dans la notice
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  • Seattle University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Durham University Department of Physics pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • University of Leeds pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • SuperSTEM Laboratory pays non établi dans la notice
    Structure de recherche

Daresbury Laboratory, Sci-Tech Daresbury et Eng & Technology & JEOL Nanocentre — University of York, avec 9 autres affiliations.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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