Het veld van spintronica richt zich op spintransportgedrag in magnetische metalen, en de belangrijkste bevindingen op dit gebied hebben belangrijke implicaties voor het gebied van elektronica. Dit komt omdat conventionele elektronica voornamelijk rekening houdt met de elektronenlading, terwijl spintronica het mogelijk maakt de elektronenspin te benutten. Een van de belangrijkste vorderingen in spintronica is de introductie van spin vrijheidsgraden voor halfgeleiders, die essentiële componenten zijn van moderne elektronische en fotonische toepassingen. Echter, de meeste experimenten die spinmanipulatie in halfgeleiders onderzoeken, zijn uitgevoerd onder hoge magnetische velden en bij cryogene temperaturen.

Onlangs, Nozomi Nishizawa en Hiro Munekata en collega's, van het Instituut voor Innovatief Onderzoek, Tokio Instituut voor Technologie, onderzocht het gedrag van spin-gepolariseerde lichtemitterende diodes (LED's) bij kamertemperatuur en zonder een extern magnetisch veld. Vandaar, ze bereikten het onverwachte resultaat van bijna puur circulair gepolariseerde (CP) elektroluminescentie (EL).

De LED's die in het onderzoek werden gebruikt, bevatten een epitaxiale dubbele heterostructuur (sandwichachtige structuur) van AlGaAs/GaAs/AlGaAs, een kristallijne AlOx-tunnelbarrière (voor elektrische stabiliteit tijdens bedrijf), en een polykristallijne Fe spin-injector in het vlak. Tijdens bedrijf, spins van een bepaald type werden in het apparaat geïnjecteerd. Spin-relaxatie zorgde er vervolgens voor dat deze spins zich verspreidden en andere orthogonale oriëntaties aannamen. Stralingsrecombinatie trad vervolgens op, die werd waargenomen in de vorm van een lineair gepolariseerde emissie.

Experimenten met de LED-chips toonden aan dat een hogere stroomdichtheid een toename van de emissie-intensiteit veroorzaakte. Nishizawa en collega's merkten ook op dat het verschil tussen de links- en rechtshandige EL-componenten toenam met de stroomdichtheid. specifiek, de intensiteit van de linkshandige minderheidscomponent nam af met een verhoogde stroomdichtheid, terwijl die van de rechtshandige meerderheidscomponent lineair toenam. Daarom, wanneer de stroomdichtheid voldoende hoog was (~ 100 A/scm), bijna zuivere CP werd bereikt. Door dit gedrag nader te onderzoeken, de onderzoekers ontdekten dat p-type doping in de actieve laag de CP-waarneming mogelijk maakte, die voortkwamen uit spinafhankelijke niet-lineaire processen die optreden bij een voldoende hoge stroomdichtheid.

In de toekomst, hogere stroomdichtheden zullen worden toegepast om het mechanisme achter deze niet-lineaire processen op te helderen en om de mogelijkheid van gestimuleerde CP-emissie in andere geometrieën te onderzoeken. Er zijn ook andere belangrijke onderzoekskanalen, bijv. potentiële spin-LED-toepassingen in veilige optische communicatie, kanker diagnose, en optisch verbeterde beeldvorming van kernen.