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光學(xué)操控拓?fù)浣^緣體上自旋極化電流 大約十年前，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一組具有不尋常電子特性的被稱為“拓?fù)浣^緣體”的材料。其內(nèi)部作為一個絕緣體，但表面的導(dǎo)電性優(yōu)于平均導(dǎo)電水平。 NIM物理學(xué)家教授組在新窗口中打開了外部鏈接，Alexander Holleitner成功地引導(dǎo)了具有相反磁化（短自旋極化）的電子朝向拓?fù)浣^緣體的相反邊緣。 關(guān)鍵特征是不需要外部磁場來產(chǎn)生這種現(xiàn)象。相反的自旋極化是源于一種稱為自旋軌道耦合的效應(yīng)。電子的自旋與電子運動的方向之間的直接耦合能操控這種自旋軌道耦合。物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種效應(yīng)是可逆的。通過用偏振光誘導(dǎo)一定的磁化，它們可以控制樣品邊緣處的電流。他們的研究結(jié)果發(fā)表在Nature Communications上（"Spin Hall photoconductance in a three-dimensional topological insulator at room temperature"）。  圖示為與螺旋性相關(guān)的邊緣電導(dǎo)特性 三維拓?fù)浣^緣體最著名的代表是重金屬合金，如硒化鉍或碲化鉍�？茖W(xué)家們將特殊的電子屬性歸結(jié)為量子物理現(xiàn)象：所謂的自旋霍爾效應(yīng)。人們觀察到在表面層移動的所有電子都有一個明確的自旋。 在這種情況下，它們與材料內(nèi)部的電子“拓?fù)洹辈煌�。表面電流的方向直接與電子自旋有關(guān)。在這樣的自旋軌道材料中，與具有負(fù)旋轉(zhuǎn)的電子相比，具有正自旋的電子總是以相反的方向流動。 Holleitner及他的同事現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了這一令人震驚的結(jié)果，即如果材料是導(dǎo)電的，這也適用于材料的內(nèi)部。當(dāng)電流流過拓?fù)浣^緣體時，具有相反自旋的電子向相反的方向移動，并積聚在材料的拓?fù)溥吘�。自旋分布的不平衡�?dǎo)致表面狀態(tài)的磁化。 磁電流：自旋電流 在傳統(tǒng)的導(dǎo)體中，電流總是由具有任意自旋取向的電子攜帶。然而，在拓?fù)浣^緣體中，電子自旋與運動方向之間的直接耦合使得電子在不需要復(fù)雜的磁場或磁性材料的情況下，可以對電子進(jìn)行特定的控制。 設(shè)計并實施了這些實驗且該研究論文的第一作者Paul Seifert解釋說：“這種電子自旋的操控是實現(xiàn)所謂的基于自旋的電子學(xué)的基本要求�！笨茖W(xué)家們希望這種技術(shù)將被用于開發(fā)更強(qiáng)大的計算機(jī)或數(shù)據(jù)的安全加密。 用偏振光測量 非常小的電流和它們的磁化可以直接用偏振光探測到。在實際的實驗中，他們接觸兩個電極之間的拓?fù)浣^緣體，并用圓偏振激光激發(fā)材料。通過選擇適當(dāng)?shù)臉O化，他們可以在材料中誘導(dǎo)磁化，因為可以選擇性地激勵具有不同自旋的電子。 通過一個電路，當(dāng)改變光的極化時，科學(xué)家們能夠追蹤到拓?fù)浣^緣體邊緣的自旋極化電流如何變化的。另外，科學(xué)家們觀察到拓?fù)浣^緣體的局部磁化強(qiáng)度改變了反射光的偏振。因此，他們能夠直接檢測由電流產(chǎn)生的磁化或自旋極化。  原文鏈接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=49247.php（實驗幫譯）
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