Negli ultimi anni, i ricercatori hanno dimostrato che la luce può fungere da generatore di corrente di spin, creando correnti di momento angolare, in nanostrutture ottiche note come assorbitori plasmonici, aprendo un nuovo ramo della spintronica chiamato opto-spintronica.

Recentemente, i ricercatori hanno iniziato a utilizzare metamateriali, compositi ingegnerizzati che hanno proprietà uniche che non si trovano in natura, per aumentare i tassi di assorbimento degli assorbitori plasmonici. Queste proprietà includono la dimensione, forma e disposizione delle nanoparticelle che manipolano le onde elettromagnetiche, assorbito come luce, per ottenere ciò che è impossibile con i materiali convenzionali.

I ricercatori in Giappone hanno utilizzato un metamateriale a tre strati per sviluppare un assorbitore di metamateriale plasmonico (PMA) selettivo in lunghezza d'onda sopra un dispositivo spintronico per migliorare la generazione di correnti di spin dal calore prodotto nel regime del medio infrarosso.

La ricerca, che potrebbe essere incorporato in una gamma di applicazioni, dal termofotovoltaico e dalle celle solari a film ultrasottile ai rilevatori di luce e termici, è segnalato questa settimana in Fotonica APL .

"Il nostro lavoro è il primo a combinare metamateriali plasmonici nel medio infrarosso con dispositivi spintronici. Questa combinazione unica consente un assorbimento della luce più forte e mostra l'eccellente sostenibilità delle lunghezze d'onda di risonanza di questi metamateriali, " disse Satoshi Ishii, un ricercatore presso l'Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali e coautore dell'articolo.

I ricercatori hanno creato un dispositivo spintronico costituito da strati separati di platino (Pt) e granato di ittrio-ferro (YIG). Hanno quindi posizionato strati di allumina e alluminio sullo strato di Pt per creare il PMA sopra il dispositivo spintronico. In questo caso, Il Pt viene utilizzato come strato più basso nella PMA e anche come strato superiore del dispositivo spintronico.

Il team in Giappone ha dimostrato che una corrente di spin può essere generata direttamente dai fotoni assorbiti nel film di Pt, un metallo paramagnetico, che è posizionato sopra YIG, che è un isolante magnetico. Poiché la luce è confinata nel regime di lunghezza d'onda nella PMA, i campi elettromagnetici sono fortemente potenziati prima che la luce venga assorbita. Dopo che la luce è stata assorbita dal film di Pt, genera calore, che si arricchisce anche della PMA.

In altre parole, quando la luce incidente colpisce il dispositivo nella gamma del medio infrarosso, la PMA esibisce una forte risonanza plasmonica, che massimizza l'assorbimento. Una frazione della luce assorbita innesca parzialmente l'effetto foto-spin-voltaico (PSV) nel dispositivo spintronico Pt/YIG, un metodo relativamente nuovo per generare direttamente correnti di spin tramite fotoni in un metallo non magnetico stratificato con un isolante magnetico. La luce rimanente riscalda il dispositivo per produrre un gradiente termico attraverso lo spessore del materiale magnetico, che a sua volta induce una tensione di spin generata termicamente in quello che viene chiamato effetto Seebeck di spin longitudinale (LSSE).

"In breve, grazie all'assorbitore metamateriale plasmonico, " disse Ken-ichi Uchida, un altro ricercatore NIMS e coautore del documento, "il dispositivo consente il rilevamento elettrico di una specifica lunghezza d'onda attraverso l'effetto PSV e l'LSSE."