| cyqdesign | 2018-01-30 16:51 |
光学操控拓扑绝缘体上自旋极化电流大约十年前，科学家们发现了一组具有不寻常电子特性的被称为“拓扑绝缘体”的材料。其内部作为一个绝缘体，但表面的导电性优于平均导电水平。 NIM物理学家教授组在新窗口中打开了外部链接，Alexander Holleitner成功地引导了具有相反磁化（短自旋极化）的电子朝向拓扑绝缘体的相反边缘。 关键特征是不需要外部磁场来产生这种现象。相反的自旋极化是源于一种称为自旋轨道耦合的效应。电子的自旋与电子运动的方向之间的直接耦合能操控这种自旋轨道耦合。物理学家发现这种效应是可逆的。通过用偏振光诱导一定的磁化，它们可以控制样品边缘处的电流。他们的研究结果发表在Nature Communications上（"Spin Hall photoconductance in a three-dimensional topological insulator at room temperature"）。 [attachment=81791] 图示为与螺旋性相关的边缘电导特性 三维拓扑绝缘体最著名的代表是重金属合金，如硒化铋或碲化铋。科学家们将特殊的电子属性归结为量子物理现象：所谓的自旋霍尔效应。人们观察到在表面层移动的所有电子都有一个明确的自旋。 在这种情况下，它们与材料内部的电子“拓扑”不同。表面电流的方向直接与电子自旋有关。在这样的自旋轨道材料中，与具有负旋转的电子相比，具有正自旋的电子总是以相反的方向流动。 Holleitner及他的同事现在发现了这一令人震惊的结果，即如果材料是导电的，这也适用于材料的内部。当电流流过拓扑绝缘体时，具有相反自旋的电子向相反的方向移动，并积聚在材料的拓扑边缘。自旋分布的不平衡导致表面状态的磁化。 磁电流：自旋电流 在传统的导体中，电流总是由具有任意自旋取向的电子携带。然而，在拓扑绝缘体中，电子自旋与运动方向之间的直接耦合使得电子在不需要复杂的磁场或磁性材料的情况下，可以对电子进行特定的控制。 设计并实施了这些实验且该研究论文的第一作者Paul Seifert解释说：“这种电子自旋的操控是实现所谓的基于自旋的电子学的基本要求。”科学家们希望这种技术将被用于开发更强大的计算机或数据的安全加密。 用偏振光测量 非常小的电流和它们的磁化可以直接用偏振光探测到。在实际的实验中，他们接触两个电极之间的拓扑绝缘体，并用圆偏振激光激发材料。通过选择适当的极化，他们可以在材料中诱导磁化，因为可以选择性地激励具有不同自旋的电子。 通过一个电路，当改变光的极化时，科学家们能够追踪到拓扑绝缘体边缘的自旋极化电流如何变化的。另外，科学家们观察到拓扑绝缘体的局部磁化强度改变了反射光的偏振。因此，他们能够直接检测由电流产生的磁化或自旋极化。  原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=49247.php（实验帮译）
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