En forskare från University of Wyoming och hans team har visat att Spin Seebeck-effekten (SSE) kan användas för att detektera ljus över ett brett optiskt område - ultraviolett genom synligt till nära-infrarött. Detta arbete har framtida konsekvenser för nya spinströmbaserade teknologier.

SSE är ett av tre kända sätt att generera spinström, eller en nettorörelse av partikelmagnetmoment. SSE uppstår när en termisk gradient skapas över ett material och, beroende på hur det mäts, resulterar i en elektrisk potential. Dock, till skillnad från sin elektriska analog, SSE har genererats inte bara i ferromagnetiska metaller – som kobolt, järn och nickel – och halvledare, men även i magnetiska isolatorer, gör det allmänt tillämpligt.

"Det arbete vi just publicerade undersökte möjligheten att använda spin Seebeck-effekten för ljusdetektion, säger William Rice, en biträdande professor vid UW:s institution för fysik och astronomi. Eftersom spinn Seebeck-effekten bygger på att skapa en temperaturskillnad, vi utnyttjar den här egenskapen för att producera en enhet som upptäcker ljus via en okonventionell väg – generering av spinström och detektering, snarare än generering och detektering av elektriska bärare."

Rice var motsvarande författare till en tidning, med titeln "Broadband Optical Detection Using the Spin Seebeck Effect" som publicerades 24 september i Fysisk granskning tillämpad , en tidskrift som publicerar högkvalitativa uppsatser som överbryggar klyftan mellan teknik och fysik, och mellan nuvarande och framtida teknik. Fysisk granskning tillämpad publicerar artiklar från både ingenjörs- och fysikgemenskapen, inom akademi och industri.

Subash Kattel, en UW forskarassistent, var tidningens huvudförfattare. Kattel kommer att få sin doktorsexamen. i den kondenserade materiens fysik nästa vår, och tog sin magisterexamen i fysik från UW 2016. Joseph Murphy, en tidigare UW postdoktoral forskarassistent i fysik och astronomi, var tidningens andra författare. Rice säger att studien genomfördes under två år.

Spin nuvarande generation, upptäckt, transport och manipulation är nyckelkomponenter i en ny generation av spinnbaserade enheter som har både spinn och elektriska egenskaper. Till skillnad från traditionella helelektriska enheter, dessa arkitekturer använder ett flöde av snurr, eller spinnströmdensitet, att överföra information och/eller energi i stället för bärarladdningen.

"Det finns inga rena spin-baserade enheter vi för närvarande använder i våra vardagliga liv. hybridspinnenheter finns i överflöd, " säger Rice. "Dessa inkluderar hårddiskar, omkopplingsbara optiska polarisatorer, magnetiskt direktminne och vissa typer av transistorer."

Rena spinnströmmar är den magnetiska analogen av elektriska strömmar. Orienterad spin kan röra sig i en riktning i ett fast ämne precis som laddningar kan, säger Rice. Orienterad spinn är den magnetiska komponenten i fundamentala partiklar, såsom elektroner och protoner. Laddningar är den elektriska komponenten i fundamentala partiklar, han lägger till.

Dock, till skillnad från elektrisk ström - som interagerar med värdens fasta kropp och, Således, förlorar energi genom uppvärmningen av det gittret - spinnströmmar har liten eller ingen interaktion med omgivningen. Rice säger att hans team förväntar sig att spinnströmmar kan vara ett utmärkt sätt att överföra energi och information utan betydande förluster.

"När vi lär oss mer om hur man skapar och upptäcker spinnströmmar, ny teknik kommer säkerligen att dyka upp, " säger han. "Detta proof-of-concept sätter scenen för att prova olika enhetsgeometrier och material för att öka enhetens övergripande känslighet. Att göra våra enheter mer ljuskänsliga är avgörande för att de ska bli konkurrenskraftiga med nuvarande toppmoderna detektorer.

"Bara allmänt, generationen, detektering och manipulering av spinnströmmar är fortfarande i sin linda, så det är utmanande att säga vad, om något, de kan användas för tekniskt, " fortsätter han. "Men, betydande pågående forskningsinsatser av både akademiska forskare och företag är inriktade på att skjuta fram denna teknik för att se om nya applikationer och unika beteenden dyker upp. "