Centrifugeringsstrøm på topologisk isolator registreret elektrisk ved stuetemperatur

Forskere ved Chalmers Tekniske Universitet har for første gang rapporteret om elektrisk detektering af spinstrøm på topologiske isolatoroverflader ved stuetemperatur ved at anvende en ferromagnetisk detektor. Resultaterne er blevet offentliggjort i tidsskriftet Nano Letters.

Faststofmaterialer blev konventionelt opdelt i tre forskellige klasser såsom ledere, halvledere og isolatorer. For nylig, en ny klasse af materialer er blevet foreslået og realiseret, kaldet "topologiske isolatorer", hvor både de isolerende og ledende egenskaber kan sameksistere i det samme materiale.

Topologiske isolatorer er isolatorer inde i hovedparten, men leder på deres overflader med mindre modstand end de konventionelle materialer. Dette er muligt på grund af deres enestående stærke vekselvirkning mellem elektronernes spin og orbitale vinkelmomentum med deres tidsvendende symmetri. Interaktionen er så stærk, at elektronernes spin-momentum er låst vinkelret på deres momentum, og genererer en spontan spin-polariseret strøm på overfladerne af topologiske isolatorer ved at påføre et elektrisk felt.

Disse spin-polariserede ledende elektroner på overfladen har ingen masse og er ekstremt robuste over for de fleste forstyrrelser fra defekter eller urenheder, og kan muliggøre spredning af spredningsfrie spin -strømme.

Forskerne fra Chalmers opdagede overfladespinstrømmen elektrisk på en topologisk isolator kaldet vismutselenid (Bi) ₂ Se ₃ ) for første gang ved stuetemperatur ved at anvende ferromagnetiske tunnelkontakter. Sådanne kontakter vides at være meget følsomme over for spinpolarisering og sonde Bi ₂ Se ₃ overflade ved at måle magnetoresistens på grund af parallel og anti-parallel justering af spinstrømmen og ferromagnet magnetiseringsretningen.

"Nøglefaktorerne for disse resultater ved stuetemperatur er topologiske isolatorkrystaller af god kvalitet og spinfølsomme ferromagnetiske tunnelkontakter omhyggeligt udarbejdet af renrums nanofabrikation", forklarer Dr. André Dankert, avisens hovedforfatter.

Tidligere rapporter inden for dette forskningsfelt var kun begrænset til målinger ved kryogene temperaturer. Fra resultaterne om størrelsen af ​​spin-signalet, dets tegn, og kontroleksperimenter, ved hjælp af forskellige målekonfigurationer, vinkler og grænsefladeforhold, forfatterens udelukkelse af andre kendte fysiske effekter.

"Vores resultater viser den elektriske tilgængelighed af spinstrømme på topologiske isolatoroverflader op til stuetemperatur og baner vejen for yderligere udvikling, som kan være nyttig til spin -baseret informationsbehandling i fremtiden ", siger lektor Saroj Dash, der leder forskningsgruppen.

Imidlertid, Saroj Dash advarer om, at forskningen i udviklingen af ​​disse nye klassematerialer og måleteknikker stadig er i sin tidlige fase, og at flere eksperimenter er nødvendige for yderligere forståelse.