Een onderzoeker van de University of Wyoming en zijn team hebben aangetoond dat het spin Seebeck-effect (SSE) kan worden gebruikt om licht te detecteren over een breed optisch bereik - ultraviolet via zichtbaar tot bijna-infrarood. Dit werk heeft toekomstige implicaties voor nieuwe op spinstroom gebaseerde technologieën.

De SSE is een van de drie bekende manieren om spinstroom te genereren, of een netto beweging van deeltjesmagneetmomenten. De SSE treedt op wanneer een thermische gradiënt wordt gecreëerd over een materiaal en, afhankelijk van hoe het wordt gemeten, resulteert in een elektrische potentiaal. Echter, in tegenstelling tot zijn elektrische analoog, de SSE is niet alleen gegenereerd in ferromagnetische metalen, zoals kobalt, ijzer en nikkel - en halfgeleiders, maar ook in magnetische isolatoren, waardoor het breed toepasbaar is.

"Het werk dat we zojuist hebben gepubliceerd, onderzocht de mogelijkheid om het spin-Seebeck-effect te gebruiken voor lichtdetectie, " zegt William Rice, een assistent-professor in UW's Department of Physics and Astronomy. Aangezien het spin Seebeck-effect gebaseerd is op het creëren van een temperatuurverschil, we maken gebruik van deze eigenschap om een ​​apparaat te produceren dat licht detecteert via een onconventionele route - spin-stroomopwekking en detectie, in plaats van het genereren en detecteren van elektrische dragers."

Rice was corresponderend auteur van een paper, getiteld "Breedband optische detectie met behulp van het Spin Seebeck-effect", dat op 24 september werd gepubliceerd Fysieke beoordeling toegepast , een tijdschrift dat hoogwaardige artikelen publiceert die de kloof tussen techniek en natuurkunde overbruggen, en tussen huidige en toekomstige technologieën. Fysieke beoordeling toegepast publiceert artikelen uit zowel de technische als de natuurkundegemeenschap, in de academische wereld en de industrie.

Subash Kattel, een UW-afgestudeerd onderzoeksassistent, was de hoofdauteur van de krant. Kattel zal zijn Ph.D. in de fysica van de gecondenseerde materie volgend voorjaar, en behaalde in 2016 zijn master in natuurkunde aan de UW. Joseph Murphy, een voormalig UW-postdoctoraal onderzoeksmedewerker in natuurkunde en sterrenkunde, was de tweede auteur van het papier. Rice zegt dat het onderzoek over twee jaar is uitgevoerd.

Spin huidige generatie, detectie, transport en manipulatie zijn belangrijke componenten van een nieuwe generatie op spin gebaseerde apparaten die zowel spin- als elektrische eigenschappen hebben. In tegenstelling tot traditionele, volledig elektrische apparaten, deze architecturen gebruiken een stroom van spins, of spinstroomdichtheid, om informatie en/of energie te verzenden in plaats van de dragerlading.

"Er zijn geen pure spin-gebaseerde apparaten die we momenteel in ons dagelijks leven gebruiken. hybride spin-apparaten in overvloed, ", zegt Rice. "Hieronder vallen harde schijven, schakelbare optische polarisatoren, magnetisch willekeurig toegankelijk geheugen en bepaalde soorten transistors."

Pure spinstromen zijn de magnetische analoog van elektrische stromen. Georiënteerde spin kan in een richting in een vaste stof bewegen, net zoals ladingen dat kunnen, zegt rijst. Georiënteerde spin is de magnetische component van fundamentele deeltjes, zoals elektronen en protonen. Ladingen zijn de elektrische component van fundamentele deeltjes, hij voegt toe.

Echter, in tegenstelling tot elektrische stroom - die interageert met de vaste stof van de gastheer en, dus, verliest energie door de verwarming van dat rooster - spinstromen hebben weinig tot geen interactie met de omgeving. Rice zegt dat zijn team verwacht dat spinstromen een uitstekende manier kunnen zijn om energie en informatie over te dragen zonder noemenswaardig verlies.

"Naarmate we meer leren over het creëren en detecteren van spinstromen, nieuwe technologieën zullen zeker opkomen, ", zegt hij. "Deze proof-of-concept vormt de basis voor het uitproberen van verschillende apparaatgeometrieën en materialen om de algehele apparaatgevoeligheid te vergroten. Het is van cruciaal belang om onze apparaten lichtgevoeliger te maken om te kunnen concurreren met de huidige ultramoderne detectoren.

"Breder, de generatie, detectie en manipulatie van spinstromen staan ​​allemaal nog in de kinderschoenen, dus het is een uitdaging om te zeggen wat, als iets, ze kunnen worden gebruikt voor technologisch, " vervolgt hij. "Echter, aanzienlijke lopende onderzoeksinspanningen door zowel academische onderzoekers als bedrijven zijn gericht op het verleggen van de grenzen van deze technologie om te zien of er nieuwe toepassingen en uniek gedrag ontstaan."