Un ricercatore dell'Università del Wyoming e il suo team hanno dimostrato che l'effetto spin Seebeck (SSE) può essere utilizzato per rilevare la luce in un ampio intervallo ottico, dall'ultravioletto al visibile al vicino infrarosso. Questo lavoro ha implicazioni future su nuove tecnologie basate sulla corrente di spin.

L'SSE è uno dei tre modi conosciuti per generare corrente di spin, o un movimento netto di momenti magnetici delle particelle. L'SSE si verifica quando si crea un gradiente termico attraverso un materiale e, a seconda di come viene misurato, genera un potenziale elettrico. Però, a differenza del suo analogo elettrico, la SSE è stata generata non solo nei metalli ferromagnetici, come il cobalto, ferro e nichel e semiconduttori, ma anche in isolatori magnetici, rendendolo ampiamente applicabile.

"Il lavoro che abbiamo appena pubblicato ha esaminato la possibilità di utilizzare l'effetto spin Seebeck per il rilevamento della luce, "dice William Rice, un assistente professore nel Dipartimento di Fisica e Astronomia della UW. Poiché l'effetto di rotazione Seebeck si basa sulla creazione di una differenza di temperatura, stiamo sfruttando questa proprietà per produrre un dispositivo che rileva la luce attraverso un percorso non convenzionale:generazione e rilevamento di corrente di spin, piuttosto che la generazione e il rilevamento di portanti elettrici."

Rice era l'autore corrispondente di un articolo, intitolato "Broadband Optical Detection Using the Spin Seebeck Effect" che è stato pubblicato il 24 settembre in Revisione fisica applicata , una rivista che pubblica articoli di alta qualità che colmano il divario tra ingegneria e fisica, e tra tecnologie attuali e future. Revisione fisica applicata pubblica articoli da entrambe le comunità di ingegneria e fisica, nel mondo accademico e industriale.

Subash Kattel, un assistente di ricerca laureato UW, era l'autore principale del giornale. Kattel riceverà il suo dottorato di ricerca. nella fisica della materia condensata la prossima primavera, e ha conseguito il master in fisica alla UW nel 2016. Joseph Murphy, un ex associato di ricerca post-dottorato UW in fisica e astronomia, è stato il secondo autore del giornale. Rice dice che lo studio è stato condotto in due anni.

Spin generazione attuale, rilevamento, il trasporto e la manipolazione sono componenti chiave di una nuova generazione di dispositivi basati su spin che hanno caratteristiche sia di spin che elettriche. A differenza dei tradizionali dispositivi completamente elettrici, queste architetture utilizzano un flusso di spin, o densità di corrente di spin, trasmettere informazioni e/o energia in luogo della tariffa del vettore.

"Non ci sono dispositivi puramente basati su spin che usiamo attualmente nella nostra vita quotidiana. Tuttavia, abbondano i dispositivi di spin ibridi, "Rice dice. "Questi includono dischi rigidi, polarizzatori ottici commutabili, memoria magnetica ad accesso casuale e alcuni tipi di transistor."

Le correnti di spin puro sono l'analogo magnetico delle correnti elettriche. La rotazione orientata può muoversi in una direzione in un solido proprio come possono farlo le cariche, Riso dice. Lo spin orientato è la componente magnetica delle particelle fondamentali, come elettroni e protoni. Le cariche sono la componente elettrica delle particelle fondamentali, Aggiunge.

Però, a differenza della corrente elettrica, che interagisce con il solido ospite e, così, perde energia attraverso il riscaldamento di quel reticolo:le correnti di spin hanno poca o nessuna interazione con l'ambiente. Rice afferma che il suo team si aspetta che le correnti di spin possano essere un modo eccellente per trasmettere energia e informazioni senza perdite significative.

"Man mano che impariamo di più su come creare e rilevare le correnti di spin, nuove tecnologie emergeranno sicuramente, " dice. "Questa prova di concetto pone le basi per provare diverse geometrie e materiali del dispositivo per aumentare la sensibilità complessiva del dispositivo. Rendere i nostri dispositivi più sensibili alla luce è fondamentale per renderli competitivi con gli attuali rilevatori all'avanguardia.

"Più in generale, la generazione, il rilevamento e la manipolazione delle correnti di spin sono ancora agli inizi, quindi è difficile dire cosa, se qualcosa, possono essere utilizzati per tecnologicamente, " continua. "Tuttavia, i significativi sforzi di ricerca in corso da parte sia dei ricercatori accademici che delle aziende si concentrano sullo spingere la busta di questa tecnologia per vedere se emergono nuove applicazioni e comportamenti unici".