Pure spinstroom zonder enige bijbehorende netto laadstroom kan zorgen voor een lage dissipatie bij informatieverwerking en opslag.

Pure spinstroom kan worden geproduceerd door optische verlichting in systemen met gebroken ruimtelijke inversiesymmetrie met speciale fotonenergie of polarisatiehoek. Maar in de praktijk is het moeilijk.

Onlangs, een onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Zheng Xiaohong van het Institute of Solid State Physics (ISSP), Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), stelde een nieuwe en robuuste route voor om pure spinstroom te bereiken door fotogalvanisch effect met tweedimensionale (2-D) centrosymmetrische antiferromagneten. De studie is gepubliceerd in npj Quantum-informatie op 4 februari.

"Vanwege het behoud van structurele inversiesymmetrie en spinpolarisatie-antisymmetrie in deze materialen, de ladingsfotostroom geïnduceerd door het spin fotogalvanisch effect (PGE) is absoluut nul, " zei hoofdauteur Jiang Peng, een doctoraatsstudent. "Terwijl eindige fotostromen voor beide spinkanalen met tegengestelde stroomrichtingen en gelijke grootte nog steeds worden gegenereerd, waardoor een zuivere spinstroom ontstaat."

De onderzoekers construeerden een dual-gated foto-elektrisch apparaat met een zigzag grafeen nanoribbon (ZGNR), die intrinsieke antiferromagnetische (AFM) koppeling tussen de twee randen en spin gedegenereerde bandstructuur had.

Ze ontdekten dat de gegenereerde pure spinstroom niet afhankelijk was van de fotonenergie, noch op het polarisatiekenmerk van het toegepaste gepolariseerde licht. Bovendien, het toonde aan dat spin-splitsende bandstructuren niet nodig waren.

"Het apparaat kan in die zin werken dat zowel volledig spin-gepolariseerde stroom als pure spinstroom kan worden gegenereerd, door de dubbele poorten die op de twee afleidingen zijn toegepast af te stemmen, " zei prof. Zheng.

Dit PGE-geïnduceerde mechanisme kan worden uitgebreid naar andere 2D centrosymmetrische magnetische materialen met spinpolarisatie-antisymmetrie, een nieuwe manier bieden voor de experimentele generatie van pure spinstroom in het foto-elektrische veld.