Istraživači sa Univerziteta u Tokiju su pokazali da se pravac spin-polarizovane struje može ograničiti na samo jedan pravac u sloju sa jednim atomom legure talijum-olovo kada se ozrači na sobnoj temperaturi. Ovo otkriće prkosi konvencijama: smatralo se da su slojevi sa jednim atomom skoro potpuno providni, drugim rečima, da zanemarljivo apsorbuju ili deluju sa svetlošću.
Jednosmerni tok struje uočen u ovoj studiji omogućava funkcionalnost izvan običnih dioda, otvarajući put za čuvanje podataka koji su ekološki prihvatljiviji, kao što su ultra-fini dvodimenzionalni spintronički uređaji, u budućnosti. Nalazi su objavljeni u časopisu ACS Nano.
Diode su osnovni gradivni blokovi moderne elektronike jer ograničavaju protok struja samo u jednom pravcu. Međutim, što je uređaj tanji, to postaje komplikovanije za projektovanje i proizvodnju ovih funkcionalnih komponenti. Stoga je pokazivanje fenomena koji bi mogli učiniti mogućim takve razvojne podvige kritično. Spintronika je oblast proučavanja u kojoj istraživači manipulišu intrinzičnim ugaonim momentom (spin) elektrona, na primer, primenom svetlosti.
„Spintronika se tradicionalno bavila debljim materijalima“, kaže Riota Akiiama. „Međutim, bili smo više zainteresovani za veoma tanke sisteme zbog njihovih inherentno uzbudljivih svojstava. Dakle, želeli smo da kombinujemo to dvoje i istražimo konverziju svetlosti u spin-polarizovanu struju u dvodimenzionalnom sistemu.“
Pretvaranje svetlosti u spin-polarizovanu struju naziva se kružni fotogalvanski efekat (CPGE). U spin-polarizovanoj struji, spinovi elektrona se poravnavaju u jednom pravcu, ograničavajući tok električne struje u jednom pravcu u zavisnosti od polarizacije svetlosti. Fenomen je sličan konvencionalnim diodama u kojima električna struja može da teče samo u jednom pravcu u zavisnosti od polariteta napona.
Istraživači su koristili legure talijuma i olova da vide da li se ovaj fenomen može posmatrati čak i u slojevima tankim kao jedan atom (dvodimenzionalni sistemi). Eksperimente su sproveli u ultra-visokom vakuumu kako bi izbegli adsorpciju i oksidaciju materijala kako bi mogli da otkriju njegove „prave boje“. Kada su istraživači ozračili legure kružnom polarizovanom svetlošću, mogli su da posmatraju promene u pravcu i veličini električne struje koja teče.
„Još iznenađujuće“, kaže Akijama, „bila je to struja polarizovana na spin: smer spina elektrona bio je usklađen sa smerom struje zbog novih osobina ovih tankih legura“.
Ove tanke legure koje je tim prethodno razvio pokazale su jedinstvena elektronska svojstva, dajući timu slučajno nagoveštaj za trenutnu studiju. Oklopljen ovim novim znanjem, Akiiama gleda u budućnost.
„Ovi rezultati pokazuju da su osnovna istraživanja ključna za primenu i razvoj. U ovoj studiji smo imali za cilj da posmatramo optimizovani sistem. Kao sledeći korak, pored traženja novih dvodimenzionalnih tankih legura sa jedinstvenim elektronskim svojstvima, želeli bismo da koristimo laser niže energije (teraherca) da suzimo putanje pobude koje indukuju CPGE.
