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光伏自旋流效应的发现和阐述
发布人:韦佳  发布时间:2016-12-28   浏览次数:10

武汝前教授和合作者结合实验和理论,探索和分析了利用光伏效应产生净自旋流的可能性能。发现利用光照,可以在铂(Pt)钇铁石榴(Yttrium Iron Garnet)界面产生自旋霍尔电压,並通过密度泛函计算和扩散行为的模拟,对实验观测提供解释。文章发表在 Nature PhysicsVolume:12,Pages:861–866Year published: (2016).

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产生和探测自旋流是目前多学科探索的前沿问题,是发展自旋电子学器件的关键。目前广泛研究的方案如利用自旋Seebeck效应和拓扑绝缘体边界态等都有或多或少的局限。光伏效应具有不需要温差且不受温度限制的优越性。通常的光伏效应是由光将电子从半导体的价带激发到导带,并由p-n结中的内建电场使电子空穴分离,从而产生电压和电流。与之不同的是,光伏自旋流效应是由通过光于金属中激发热电子,并在金属/绝缘体界面单向扩散而产生。如图所示,磁性绝缘体在界面极薄的金属层引发磁性极化,从而光激发热电子偏向有单一自旋。由于电子只能从绝缘体界面向外扩散,因而在其自由程内产生自旋流,并可以通过自旋-轨道耦合产生的自旋霍尔电压探测到。Colorado State University M.Z. Wu 教授的研究小组的大量实验,如反应时间,光谱性质和温度变化等,证实了所观察到的现像确为光致自旋效应。


 

 

图为光伏自旋流效应概念示意图,磁化后Pt 的能带,两个自旋通道光吸收差,及有热电子向外扩散引起的自旋流分布。