Controlando el espín del electrón mediante luz

Investigadores del HZB han manipulado el espín del electrón en la superficie de aislantes topológicos sistemáticamente mediante luz. Los aislantes topológicos son considerados como una nueva clase de material muy prometedora para el desarrollo de futuros dispositivos electrónicos. Un equipo de investigadores ha descubierto cómo la luz puede ser usada para alterar las propiedades físicas de los electrones de esos materiales.

La clase de material de aislantes topológicos fue descubierta hace unos años y muestra unas propiedades increibles: por un lado, eléctricamente se comportan como aislantes pero en su superficie forman estados conductores metálicos. El espín del electrón, por ejemplo, su momento angular intrínseco, juega un papel decisivo. Su sentido de rotación está directamente acoplado a su dirección de movimiento. Este acoplamiento conlleva una alta estabilidad de propiedades metálicas sino también permite una conducción eléctrica particular sin pérdidas. Los aislantes topológicos son, por tanto, considerados interesantes y prometedores candidatos para los nuevos dispositivos en tecnologías de la información.

Un particularmente innovador enfoque es intentar e influenciar el espín del electrón en la superficie de tales dispositivos mediante luz. El equipo de investigadores del HZB han descubierto por qué medios el espín de la superficie de los aislantes topológicos puede ser alterada. Con este fin, los investigadores han llevado a cabo experimentos con luz de diferentes energías o longitudes de onda.

En el BESSY II los científicos han investigado el aislante topológico seleniuro de bismuto (Bi₂Se₃) usando un método llamado "espectroscopía de fotoelectrones con resolución de espín", y obteniendo conocimientos asombrosos: descubrieron una increible diferencia dependiendo de si los electrones de la superficie del material están excitados con luz polarizada circular en el vacío ultravioleta(50-70 electrón voltios, eV) o en el rango del espectro ultravioleta (6 eV). El equipo ha podido demostrar que pueden medir el espín de electrones sin cambiarlo a altas energías las cuales se usan normalmente en fuentes de luz de sincrotón.

Cuando son excitados por fotones polarizados circularmente de baja energía (6 eV), el espín de los electrones movidos completamente fuera del plano de la superficie. Sobre todo, adoptaron la orientación del espín impuesto por la luz polarizada circularmente hacia la derecha o la izquierda. Esto significa que el espín puede ser manipulado sistemáticamente, dependiendo de la luz que sea usada. Los científicos también pudieron explicar el comportamiento completamente diferente a diferentes energías las cuales atribuyen a propiedades de simetría.

Via HZB