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能够利用自旋电流检测从紫外线到红外光学区域的光

2019-11-22 12:20:11 来源:

怀俄明大学的一名研究人员及其团队表明,自旋塞贝克效应(SSE)可用于检测宽范围的光-紫外线,可见光到近红外光。这项工作对基于新型自旋电流的技术有未来的影响。

SSE是产生自旋电流或粒子磁矩的净运动的三种已知方法之一。当在材料上产生热梯度时,会发生SSE,并且根据其测量方式,会产生电势。但是,与其电气模拟不同,SSE不仅在铁磁金属(例如钴,铁和镍)和半导体中产生,而且在磁绝缘体中产生,使其广泛适用。

威斯康星大学物理与天文学系的助理教授威廉·赖斯(William Rice)说:“我们刚刚发表的工作检验了使用自旋塞贝克效应进行光检测的可能性。” 由于自旋塞贝克效应是基于产生温差而产生的,因此我们正在利用这一特性来生产一种通过非常规途径检测光的装置-自旋电流的产生和检测,而不是电载波的产生和检测。”

赖斯(Rice)是9月24日在《物理评论应用》(Physical Review Applied)上发表的题为“ 使用自旋塞贝克效应的宽带光学检测 ”的论文的相应作者,该杂志发表了高质量的论文,弥合了工程学与物理学之间,以及当前和未来的技术。《物理评论应用》发表了来自学术界和工业界的工程界和物理学界的论文。

华盛顿大学研究生研究助理Subash Kattel是该论文的主要作者。Kattel将获得博士学位。他于明年春天在凝聚态物理领域获得博士学位,并于2016年在西澳大学获得了物理学硕士学位。前西弗吉尼亚大学物理学和天文学博士后研究助理约瑟夫·墨菲是该论文的第二作者。赖斯说,这项研究进行了两年。

自旋电流的产生,检测,传输和操纵是具有自旋和电气特性的新一代基于自旋的器件的关键组成部分。与传统的全电子设备不同,这些体系结构使用自旋流或自旋电流密度来传输信息和/或能量,以代替载流子电荷。

“我们目前在日常生活中没有使用纯粹的基于自旋的设备。但是,混合旋转设备比比皆是。”赖斯说。“这些包括硬盘驱动器,可切换的偏振器,磁性随机存取存储器和某些类型的晶体管。”

纯自旋电流是电流的磁性模拟。赖斯说,定向的自旋可以像电荷一样沿固体方向移动。定向的自旋是基本粒子的磁性成分,例如电子和质子。他补充说,电荷是基本粒子的电子成分。

然而,与电流不同的是,自旋电流与环境没有相互作用,而电流会与基质固体相互作用,并因此通过加热该晶格而损失能量。赖斯说,他的团队希望自旋电流可能是一种传输能量和信息而又不会造成重大损失的绝佳方法。

他说:“随着我们更多地了解如何创建和检测自旋电流,新技术必将出现。” “这一概念验证为尝试使用不同的器件几何形状和材料以提高整体器件灵敏度奠定了基础。使我们的设备对光更敏感,这对于使其与当前最先进的检测器竞争至关重要。

他继续说:“更广泛地讲,自旋电流的产生,检测和操纵仍处于起步阶段,因此很难说出可以用于技术上的东西,如果有的话。” “但是,学术研究人员和公司正在进行的重大研究工作都集中在推动这项技术的发展上,以查看是否出现了新的应用和独特的行为。”

雅典娜实验室的大卫·埃尔斯沃尔(David Ellsworh)是美国陆军作战能力发展司令部(CCDC)航空和科罗拉多州科罗拉多斯普林斯的密斯尔中心的负责人。丁金俊(Jinjun Ding),科罗拉多州立大学(CSU)研究生助理;刘涛,美国科罗拉多州立大学博士后;彭力,电气和计算机工程助理教授,曾任科罗拉多州立大学研究助理。科罗拉多州立大学物理学教授吴明中也对此论文做出了贡献。

威斯康星大学的能源学院,美国能源部和国家科学基金会资助了这项研究。

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