Overraskende spinadfærd ved stuetemperatur

Området spintronics fokuserer på spintransportadfærd i magnetiske metaller, og de store resultater på dette område har vigtige konsekvenser for elektronikområdet. Dette skyldes, at konventionel elektronik primært overvejer elektronladningen, hvorimod spintronik tillader elektronspin at blive udnyttet. Et af de mest markante fremskridt inden for spintronics har været introduktionen af ​​spin-frihedsgrader til halvledere, som er væsentlige komponenter i moderne elektroniske og fotoniske applikationer. Imidlertid, de fleste eksperimenter, der undersøger spin-manipulation i halvledere, er blevet udført under høje magnetiske felter og ved kryogene temperaturer.

For nylig, Nozomi Nishizawa og Hiro Munekata og kolleger, fra Institut for Innovativ Forskning, Tokyo Institute of Technology, undersøgte opførselen af ​​spin-polariserede lysemitterende dioder (LED'er) ved stuetemperatur og uden et eksternt magnetfelt. Derfor, de opnåede det uventede resultat af næsten rent cirkulært polariseret (CP) elektroluminescens (EL).

LED'erne brugt i undersøgelsen indeholdt en epitaksial dobbelt heterostruktur (sandwich-lignende struktur) af AlGaAs/GaAs/AlGaAs, en krystallinsk AlOx-tunnelbarriere (for elektrisk stabilitet under drift), og en polykrystallinsk Fe in-plan spin-injektor. Under drift, spins af en given type blev sprøjtet ind i enheden. Spinrelaksation fik derefter disse spin til at sprede sig og antage andre ortogonale orienteringer. Radiativ rekombination forekom efterfølgende, som blev observeret i form af en lineært polariseret emission.

Eksperimenter med LED-chips viste, at en højere strømtæthed genererede en stigning i emissionsintensiteten. Nishizawa og kolleger bemærkede også, at forskellen mellem de venstre- og højrehåndede EL-komponenter steg med strømtætheden. Specifikt, intensiteten af ​​den venstrehåndede minoritetskomponent faldt med øget strømtæthed, hvorimod den for den højrehåndede flertalskomponent steg lineært. Derfor, når strømtætheden var tilstrækkelig høj (~ 100 A/scm), næsten ren CP blev opnået. Undersøgelse af denne adfærd mere detaljeret, forskerne fandt ud af, at p-type doping i det aktive lag tillod CP-observation, som opstod fra spin-afhængige ikke-lineære processer, der fandt sted ved en tilstrækkelig høj strømtæthed.

I fremtiden, højere strømtætheder vil blive anvendt for at belyse mekanismen bag disse ikke-lineære processer og for at undersøge muligheden for stimuleret CP-emission i andre geometrier. Der findes også andre vigtige undersøgelsesmuligheder, f.eks., potentielle spin-LED-applikationer i sikker optisk kommunikation, kræftdiagnose, og optisk forbedret billeddannelse af kerner.