Лазер, магнит и ток без проводов экспресс
Тонкая плёнка из соединения висмута и селена лежит на подложке. По ней бьёт лазерная вспышка длительностью в миллионную долю миллиардной доли секунды. Рядом включён магнит, поле которого слабее, чем у магнитика на холодильнике. И в этот момент в плёнке сам собой возникает электрический ток, перпендикулярный магнитному полю.
Этот ток не течёт по проводам — его рождение фиксируют по испущенной терагерцовой волне, которая вылетает из образца. Чем сильнее магнитное поле, тем больше ток. Так ведут себя материалы с топологическими поверхностными состояниями: на их поверхности электроны движутся, как по скоростной магистрали, где направление движения жёстко связано со спином — собственным вращением электрона.
Когда лазерный импульс выбивает электроны из глубины плёнки, они летят к поверхности. Те, что со спином «вверх», накапливаются у одной грани, со спином «вниз» — у другой. Из-за жёсткой связи спина и направления движения это разделение зарядов превращается в ток вдоль поверхности. Магнитное поле управляет тем, как именно спин поворачивается по пути, поэтому ток и растёт с полем.
Но стоило добавить в материал всего четыре процента индия — и ток резко упал. Индий разрушает те самые поверхностные магистрали: электроны перестают быть привязаны к поверхности, и спиновая накачка исчезает. Это подтверждает, что ток рождается именно на поверхности, а не в толще плёнки.
Такой способ — свет, магнит, измерение волны — позволяет заглянуть в работу спин-зарядового преобразования без единого прикосновения к образцу. Для будущей электроники, где информацию переносит не только заряд, но и спин, это как рентген для материалов: видно, где спин теряется, а где работает исправно.
Терагерцовое излучение, которое испускает образец, находится между инфракрасным светом и микроволнами. Оно проходит сквозь бумагу, одежду и пластик, но не через металл — поэтому его используют в сканерах безопасности в аэропортах.