Topologische isolatoren zijn een klasse materialen die de afgelopen jaren veel belangstelling hebben getrokken vanwege hun ongebruikelijke elektronische eigenschappen. Een van de meest opvallende kenmerken van topologische isolatoren is hun vermogen om oppervlaktetoestanden te herbergen die worden beschermd door topologie, wat betekent dat ze niet kunnen worden vernietigd door wanorde of onzuiverheden. Deze oppervlaktetoestanden hebben een aantal ongebruikelijke eigenschappen, waaronder het vermogen om elektriciteit zonder enige weerstand te geleiden en het vermogen om elektronen met een specifieke spinpolarisatie uit te zenden.

In een nieuwe studie hebben wetenschappers van de University of California, Berkeley ontdekt hoe ze een fotonenbundel kunnen gebruiken om de spinpolarisatie van elektronen die door een topologische isolator worden uitgezonden, om te draaien. Deze ontdekking zou kunnen leiden tot nieuwe manieren om de spin van elektronen in elektronische apparaten te controleren, wat belangrijke toepassingen zou kunnen hebben in spintronica en kwantumcomputers.

De wetenschappers gebruikten een techniek genaamd spin-resolved photoemission om de spinpolarisatie te meten van elektronen die worden uitgezonden door een topologische isolator. Ze ontdekten dat de spinpolarisatie van de elektronen kon worden omgedraaid door de energie van de fotonenbundel te veranderen. Dit komt omdat de energie van de fotonenbundel de golflengte van het licht bepaalt, en de golflengte van het licht bepaalt het momentum van de fotonen. Het momentum van de fotonen bepaalt vervolgens de spin van de elektronen die worden uitgezonden.

De ontdekking van de wetenschappers zou kunnen leiden tot nieuwe manieren om de spin van elektronen in elektronische apparaten te controleren. Dit zou belangrijke toepassingen kunnen hebben in spintronica en quantum computing. Spintronica is een onderzoeksgebied dat zich richt op het gebruik van elektronenspins om informatie op te slaan en te verwerken. Quantum computing is een onderzoeksgebied dat zich richt op het gebruik van de kwantummechanica om berekeningen uit te voeren. Het vermogen om de spin van elektronen te controleren zou kunnen leiden tot nieuwe manieren om informatie in elektronische apparaten op te slaan en te verwerken, en het zou ook kunnen leiden tot nieuwe manieren om berekeningen uit te voeren in kwantumcomputers.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Physics.