Spin-nuværende generation får mid-infrarød boost med plasmonisk metamateriale

I løbet af de sidste par år, forskere har demonstreret, at lys kan tjene som en spin-generator, skaber strømme af vinkelmoment, i optiske nanostrukturer kendt som plasmoniske absorbere, åbner en ny gren af ​​spintronics kaldet opto-spintronics.

For nylig, forskere er begyndt at bruge metamaterialer, konstruerede kompositter, der har unikke egenskaber, der ikke findes i naturen, at forbedre absorptionshastighederne for plasmoniske absorbere. Disse egenskaber inkluderer størrelsen, form og arrangement af nanopartikler, der manipulerer elektromagnetiske bølger, absorberes som lys, at opnå det, der er umuligt med konventionelle materialer.

Forskere i Japan brugte et trelags metamateriale til at udvikle en bølgelængdeselektiv plasmonisk metamaterialeabsorber (PMA) oven på en spintronic-enhed for at forbedre dannelsen af ​​spin-strømme fra den varme, der produceres i mid-infrarødt regime.

Forskningen, som kunne indarbejdes i en række applikationer fra termofotovoltaik og ultratynde filmceller til lys- og termiske detektorer, er rapporteret i denne uge i APL Photonics .

"Vores arbejde er det første, der kombinerer melleminfrarøde plasmoniske metamaterialer med spintronic-enheder. Denne unikke kombination muliggør stærkere lysabsorbering og viser den fremragende holdbarhed af disse metamaterialers resonansbølgelængder, "sagde Satoshi Ishii, en forsker ved National Institute for Materials Science og medforfatter af papiret.

Forskerne skabte en spintronic -enhed, der består af separate lag af platin (Pt) og yttrium jern granat (YIG). De lagde derefter lag af aluminiumoxid og aluminium på Pt -laget for at skabe PMA oven på den spintronic -enhed. I dette tilfælde, Pt bruges som det nederste lag i PMA og også som det øverste lag af den spintronic -enhed.

Teamet i Japan viste, at en spin -strøm kan genereres direkte fra de absorberede fotoner i Pt -filmen, et paramagnetisk metal, der er placeret over YIG, som er en magnetisk isolator. Fordi lys er begrænset i subbølgelængderegimet i PMA, elektromagnetiske felter forstærkes kraftigt, før lyset absorberes. Efter at lyset er absorberet af Pt -filmen, det genererer varme, som også forbedres af PMA.

Med andre ord, når indfaldende lys rammer enheden i det mellem-infrarøde område, PMA udviser en stærk plasmonisk resonans, som maksimerer absorptionen. En brøkdel af det absorberede lys udløser delvist foto-spin-voltaic (PSV) effekten i Pt/YIG spintronic-enheden, en relativt ny metode til direkte generering af spin -strømme via fotoner i et ikke -magnetisk metal lagdelt med en magnetisk isolator. Det resterende lys opvarmer enheden for at producere en termisk gradient hen over den magnetiske materialetykkelse, som igen inducerer en termisk genereret spin -spænding i det, der kaldes den langsgående spin Seebeck -effekt (LSSE).

"Kort sagt, på grund af den plasmoniske metamaterialeabsorber, "sagde Ken-ichi Uchida, en anden NIMS-forsker og medforfatter af papiret, "enheden tillader elektrisk detektion af en bestemt bølgelængde gennem PSV -effekten og LSSE."