Het plaatje toont de karakteristieke spintextuur (pijltjes) in een topologische isolator (onder) en hoe dat is in circulair gepolariseerd licht of erdoor gemanipuleerd (midden).
Zogeheten topologische isolatoren, materialen die maar deels isolerend zijn, worden heel belangrijk geacht voor de ontwikkeling van elektronische componenten. Onderzoekers van het Helmholtz-centrum in Berlijn hebben ontdekt hoe je met licht de eigenschappen van de elektronen in deze materialen kunt veranderen. Interessant voor toepassingen om licht in elektrische stroom om te zetten of vice versa zoals in de spintronica.
Topologische isolatoren zijn een paar jaar geleden ontdekt. Die materialen zijn binnenin elektrisch geleidend en aan het oppervlak isolerend. De elektronspin, die ik altijd (kennelijk verkeerd) associeer met de draaibeweging van een elektron, speelt daarbij een belangrijke rol. Het draaimoment (zegt het persbericht) is direct gekoppeld aan de bewegingsrichting. Dat leidt niet alleen tot een grote stabiliteit van de metallische eigenschappen, maar ook tot verliesloze elektrische geleidbaarheid (supergeleiding).
Je zou de elektronspins in de isolerende lagen kunnen beïnvloeden en daarmee de geleidbaarheid. De Duitse onderzoekers gebruikten daarvoor licht. Helmholtz-onderzoeker Oliver Rader kwam er achter dat dat inderdaad mogelijk is met licht. Daartoe gebruikte hij licht van verschillende golflengte en energie.
In de synchotroninstallatie BESSY II namen Rader en zijn medewerkers de topologische isolator bismuthselenide onder de loep. Ze vonden een groot verschil tussen elektronen aan het oppervlak die werden ‘aangeslagen’ door circulair gepolariseerd uv-licht met een energieinhoud van 50 tot 70 eV of gepolariseerd uv-licht van 6 eV. “Bij 50 eV hadden de elektronen het kenmerk van topologische isolatoren”, zegt onderzoeker Jaime Sánchez-Barriga, leider van het experiment. “De elektronspins gingen in een cirkel zitten. Dat is de grondtoestand van elektronen op het oppervlak van topologische isolatoren.” Als het oppervlak werd bestraald met het lage-energie-uv-licht, dan gedroegen de elektronen zich heel anders. Ze namen de richting aan van het gepolariseerde licht. Met andere woorden: de elektronspins lieten zich sturen door (laagenergetisch) licht. Dat betekent dus dat ze zijn te manipuleren. “Dit onderzoek biedt inzicht in de manier waarop verliesloze stromen kunnen worden geïnduceerd in topologische isolatoren”, zegt Rader. “Dat is belangrijk voor de ontwikkeling van zogeheten optospintronische componenten, die de opslag en de verwerking van informatie aanzienlijk kunnen versnellen.” Oftewel: weer een prachtige belofte, nu de praktijk nog.
Je zou de elektronspins in de isolerende lagen kunnen beïnvloeden en daarmee de geleidbaarheid. De Duitse onderzoekers gebruikten daarvoor licht. Helmholtz-onderzoeker Oliver Rader kwam er achter dat dat inderdaad mogelijk is met licht. Daartoe gebruikte hij licht van verschillende golflengte en energie.
In de synchotroninstallatie BESSY II namen Rader en zijn medewerkers de topologische isolator bismuthselenide onder de loep. Ze vonden een groot verschil tussen elektronen aan het oppervlak die werden ‘aangeslagen’ door circulair gepolariseerd uv-licht met een energieinhoud van 50 tot 70 eV of gepolariseerd uv-licht van 6 eV. “Bij 50 eV hadden de elektronen het kenmerk van topologische isolatoren”, zegt onderzoeker Jaime Sánchez-Barriga, leider van het experiment. “De elektronspins gingen in een cirkel zitten. Dat is de grondtoestand van elektronen op het oppervlak van topologische isolatoren.” Als het oppervlak werd bestraald met het lage-energie-uv-licht, dan gedroegen de elektronen zich heel anders. Ze namen de richting aan van het gepolariseerde licht. Met andere woorden: de elektronspins lieten zich sturen door (laagenergetisch) licht. Dat betekent dus dat ze zijn te manipuleren. “Dit onderzoek biedt inzicht in de manier waarop verliesloze stromen kunnen worden geïnduceerd in topologische isolatoren”, zegt Rader. “Dat is belangrijk voor de ontwikkeling van zogeheten optospintronische componenten, die de opslag en de verwerking van informatie aanzienlijk kunnen versnellen.” Oftewel: weer een prachtige belofte, nu de praktijk nog.
Bron: Science Daily