Virran suunnan vaihto valolla

Kun valo synnyttää sähkövirtaa puolijohdemateriaaleissa valovirran keräämiseksi tarvitaan sähköjännitettä virtauksen ohjaamiseksi yhteen suuntaan. 

Minnesotan yliopiston tutkijat ovat demonstroineet kehittämällään rakenteellaan keinon hallita valovirran suuntaa käyttämättä sähköjännitettä. 

Tutkimuksessa paljastui, että ohjaus tapahtuu fotonien spinien ohjaamaan suuntaan. Spinnaavan valon tuottama valovirta on myös spin-polarisoitu, mikä tarkoittaa, että siinä on enemmän elektroneita, joiden spin on enemmän yhteen suuntaan kuin toiseen. 

Tällä uudella laitteella on potentiaalia käytettäväksi tulevaisuuden spintroniikassa. Sitä voitaisiin käyttää myös energiatehokkaaseen optiseen tiedonsiirtoon datakeskuksissa. 

Ympäripolarisoidussa valossa sähkökenttä voi spinnata myötäpäivään tai vastapäivään. Tällaisessa tilassa fotonilla sanotaan olevan positiivinen tai negatiivinen optinen spin-kulmamomentti 

Laitteessaan tutkimusryhmä integroi ohutkalvoisen topologisen materiaalin, vismutti-selenidin, aaltoputkeen. Se herättää vahvan kytkennän aaltoputken valon ja topologisen materiaalien elektronien välillä, molempien omatessa saman, spin-momentin lukitusvaikutuksen. 

Kytkentä johtaa ainutlaatuiseen optoelektroniseen vaikutukseen – valo virratessaan pitkin yhtä suuntaa aaltoputkessa synnyttää sähkövirran, joka virtaa samaan suuntaan elektronin spin-polarisaation kanssa.

Valosuunnan kääntäminen kääntää sekä virran suunnan että sen spin-polarisaation.

"Laitteemme tuottavat spin-polarisoitua virtaa, joka virtaa topologisen eristeen pinnalla, ja niitä voidaan käyttää virran lähteenä spintronisille laitteille, jotka käyttävät elektronin spiniä informaation kuljettamiseksi ja käsittelemiseksi hyvin alhaisilla energiakustannuksilla", toteavat tutkijat University of Minnesotasta.