En los últimos años, Los investigadores han demostrado que la luz puede servir como un generador de corriente de espín, creando corrientes de momento angular, en nanoestructuras ópticas conocidas como absorbentes plasmónicos, abriendo una nueva rama de la espintrónica llamada opto-espintrónica.

Recientemente, los investigadores han comenzado a utilizar metamateriales, compuestos de ingeniería que tienen propiedades únicas que no se encuentran en la naturaleza, para mejorar las tasas de absorción de absorbentes plasmónicos. Estas propiedades incluyen el tamaño, forma y disposición de las nanopartículas que manipulan las ondas electromagnéticas, absorbido como luz, para lograr lo imposible con materiales convencionales.

Investigadores en Japón utilizaron un metamaterial de tres capas para desarrollar un absorbente de metamaterial plasmónico selectivo de longitud de onda (PMA) en la parte superior de un dispositivo espintrónico para mejorar la generación de corrientes de espín a partir del calor producido en el régimen del infrarrojo medio.

La investigación, que podría incorporarse en una variedad de aplicaciones, desde termofotovoltaicos y células solares de película ultrafina hasta detectores de luz y térmicos, se informa esta semana en APL Photonics .

"Nuestro trabajo es el primero en combinar metamateriales plasmónicos del infrarrojo medio con dispositivos espintrónicos. Esta combinación única permite una absorción de luz más fuerte y muestra la excelente tenabilidad de las longitudes de onda de resonancia de estos metamateriales". "dijo Satoshi Ishii, investigador del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales y coautor del artículo.

Los investigadores crearon un dispositivo espintrónico compuesto por capas separadas de platino (Pt) y granate de itrio e hierro (YIG). Luego colocaron capas de alúmina y aluminio en la capa de Pt para crear el PMA en la parte superior del dispositivo espintrónico. En este caso, Pt se utiliza como la capa más inferior en el PMA y también como la capa superior del dispositivo espintrónico.

El equipo de Japón demostró que se puede generar una corriente de espín directamente a partir de los fotones absorbidos en la película de Pt. un metal paramagnético, que se coloca sobre YIG, que es un aislante magnético. Debido a que la luz está confinada en el régimen de sublongitud de onda en el PMA, Los campos electromagnéticos aumentan considerablemente antes de que se absorba la luz. Después de que la luz es absorbida por la película de Pt, genera calor, que también es mejorado por el PMA.

En otras palabras, cuando la luz incidente incide en el dispositivo en el rango del infrarrojo medio, el PMA exhibe una fuerte resonancia plasmónica, que maximiza la absorción. Una fracción de la luz absorbida activa parcialmente el efecto foto-espín-voltaico (PSV) en el dispositivo espintrónico Pt / YIG, un método relativamente nuevo para generar directamente corrientes de espín a través de fotones en un metal no magnético en capas con un aislante magnético. La luz restante calienta el dispositivo para producir un gradiente térmico a través del espesor del material magnético, que a su vez induce un voltaje de espín generado térmicamente en lo que se llama efecto Seebeck de espín longitudinal (LSSE).

"En breve, debido al absorbente de metamaterial plasmónico, "dijo Ken-ichi Uchida, otro investigador del NIMS y coautor del artículo, "el dispositivo permite la detección eléctrica de una longitud de onda específica a través del efecto PSV y el LSSE".