Topologiska isolatorer är en klass av material som har tilldragit sig ett stort intresse de senaste åren på grund av sina ovanliga elektroniska egenskaper. En av de mest slående egenskaperna hos topologiska isolatorer är deras förmåga att ta emot yttillstånd som är skyddade av topologi, vilket innebär att de inte kan förstöras av oordning eller föroreningar. Dessa yttillstånd har ett antal ovanliga egenskaper, inklusive förmågan att leda elektricitet utan något motstånd och förmågan att emittera elektroner med en specifik spinnpolarisation.

I en ny studie har forskare vid University of California, Berkeley, upptäckt hur man använder en fotonstråle för att vända spinnpolarisationen av elektroner som emitteras från en topologisk isolator. Denna upptäckt kan leda till nya sätt att kontrollera spinn av elektroner i elektroniska enheter, som kan ha viktiga tillämpningar inom spintronik och kvantberäkning.

Forskarna använde en teknik som kallas spin-resolved photoemission för att mäta spinpolariseringen av elektroner som emitteras från en topologisk isolator. De fann att spinpolarisationen av elektronerna kunde vändas genom att ändra fotonstrålens energi. Detta beror på att fotonstrålens energi bestämmer ljusets våglängd och ljusets våglängd bestämmer fotonernas rörelsemängd. Fotonernas rörelsemängd bestämmer sedan spinn av elektronerna som emitteras.

Forskarnas upptäckt kan leda till nya sätt att kontrollera elektronernas spinn i elektroniska enheter. Detta kan ha viktiga tillämpningar inom spintronik och kvantberäkning. Spintronics är ett forskningsområde som fokuserar på användningen av elektronsnurr för att lagra och bearbeta information. Quantum computing är ett forskningsområde som fokuserar på användningen av kvantmekanik för att utföra beräkningar. Förmågan att kontrollera elektronernas spinn kan leda till nya sätt att lagra och bearbeta information i elektroniska enheter, och det kan också leda till nya sätt att utföra beräkningar i kvantdatorer.

Studien är publicerad i tidskriften Nature Physics.