ليزر ومغناطيس وتيار بلا أسلاك سريع
غشاء رقيق من مركب البزموت والسيلينيوم موضوع على ركيزة. تضربه ومضة ليزر تدوم جزءًا من مليون من مليار جزء من الثانية. وبجانبه مغناطيس مجاله أضعف من مجال مغناطيس الثلاجة. وفي تلك اللحظة، ينشأ في الغشاء تيار كهربائي تلقائيًا، عمودي على المجال المغناطيسي.
هذا التيار لا يسري في أسلاك – بل يُرصد نشوءه من خلال موجة تيراهرتز تنبعث من العينة. وكلما كان المجال المغناطيسي أقوى، كان التيار أكبر. هكذا تتصرف المواد ذات الحالات السطحية التوبولوجية: على سطحها تتحرك الإلكترونات كما لو كانت على طريق سريع، حيث يرتبط اتجاه الحركة ارتباطًا وثيقًا بالدوران – أي دوران الإلكترون حول نفسه.
عندما تقذف نبضة الليزر إلكترونات من عمق الغشاء، فإنها تطير نحو السطح. تلك التي تدور «لأعلى» تتجمع عند أحد الوجوه، والتي تدور «لأسفل» عند الوجه الآخر. وبسبب الارتباط الوثيق بين الدوران واتجاه الحركة، يتحول هذا الفصل بين الشحنات إلى تيار على طول السطح. يتحكم المجال المغناطيسي في كيفية دوران الإلكترون على طول الطريق، لذلك يزداد التيار مع المجال.
ولكن بمجرد إضافة أربعة بالمائة فقط من الإنديوم إلى المادة، انخفض التيار بشكل حاد. فالإنديوم يدمر تلك الطرق السريعة السطحية: تتوقف الإلكترونات عن الارتباط بالسطح، ويختفي ضخ الدوران. وهذا يؤكد أن التيار ينشأ على السطح تحديدًا، وليس في عمق الغشاء.
هذه الطريقة – الضوء، والمغناطيس، وقياس الموجة – تتيح الاطلاع على آلية تحويل الدوران إلى شحنة دون أي لمس للعينة. وبالنسبة للإلكترونيات المستقبلية، حيث لا يحمل الشحنة فحسب بل الدوران أيضًا، فإن هذا يشبه الأشعة السينية للمواد: يمكن رؤية أين يُفقد الدوران وأين يعمل بشكل سليم.
إشعاع التيراهرتز الذي تنبعثه العينة يقع بين الضوء تحت الأحمر وأشعة الميكروويف. وهو يخترق الورق والملابس والبلاستيك، لكنه لا يخترق المعدن – لذلك يُستخدم في أجهزة الفحص الأمني في المطارات.