Normaalit metallit saatu toimimaan eksoottisesti

Uusi kokeilu haastaa käsityksen, että vain eksoottisilla materiaaleilla on epälineaarisia kuljetusilmiöitä.

Voimakkaan, lineaarisesti polarisoidun valon loistamisen kiteelle voidaan odottaa saavan johtumiselektronien piiskautuvan edestakaisin vasteena valon värähtelevään sähkökenttään. Mutta jos kiderakenne rikkoo tietyt symmetriat, elektronien nettovirta voi syntyä yhteen suuntaan.

Reseptin tällaisten valovirtojen luomiseen uskottiin vaativan eksoottista kaistarakennetta, magneettikentän käyttöä tai molempia.

Nyt Yuichiro Ando Kioton yliopistosta Japanista ja hänen työtoverinsa ovat havainneet valovirtaa kalvoissa, jotka on valmistettu yksielementtisistä, ei-magneettisista metalleista.

Valovirta johtuu niin sanotusta magnetofotogalvaanisesta efektistä ja vaatii kahden symmetrian – ajan käännöksen ja inversion – rikkoutumisen. Andon ja hänen yhteistyökumppaneidensa tutkimat metallikiteet – kupari, platina ja volframi – eivät riko kumpaakaan.

Tutkijat kuitenkin ymmärsivät, että jännitteen kohdistaminen kalvon pituudelle ohjaa elektroneja sivuttain spin-riippuvaisella tavalla spin Hall -ilmiön kautta. Tuloksena olevat spin-polarisoidut virrat, jotka virtaavat pitkin kalvon kahta reunaa, rikkovat ajan käänteisen symmetrian (koska käänteisaika kääntäisi spinit) ja inversiosymmetrian (koska virta vaihtelee reunan kummallakin puolella).

Tämän symmetrian rikkoutumisen seurauksena, kun tutkijat loistavat laserilla kalvoille, he havaitsivat ylimääräisen virran - valovirran - virtaavan reunoja pitkin.

Valovirta on epälineaarinen, koska se riippuu laserin sähkökentän neliöstä.

Vaikka epälineaarisia ilmiöitä on tutkittu laajasti eksoottisissa materiaaleissa ja laitteissa, Andon ja hänen yhteistyökumppaneidensa tutkimat yksielementtiset kalvot ovat paljon yksinkertaisempia. Ando odottaa, että heidän löytönsä laajentaa alaa ja haastaa ennakkokäsitykset.

Aiheesta aiemmin:

Hajonneista elektroneista kohti toimivia kubitteja

Antiferromagneettisesta ferromagneettiseen topologiseen eristeeseen