Vědci z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR spolu se svými zahraničními kolegy představili realizaci nového spinového fotovoltaického článku, který přímo konvertuje kruhově polarizované světlo na elektrický signál v polovodičovém čipu. Objev otevírá možnosti pro integraci optoelektronických a spintronických součástek a představuje nový efektivní způsob detekce spinů unášených elektrickými proudy v konvenčních nemagnetických polovodičích. Kromě vědců z Akademie věd se na práci podíleli fyzici z laboratoře firmy Hitachi a University v Cambridge a Nottinghamu ve Velké Británii, z Texas AM University ve Spojených státech a Physikalisch-Technische Bundesanstalt v Německu.
Spin elektronu představuje základní mikroskopický element pro vznik magnetických materiálů, bez kterých si dnes neumíme představit elektronické součástky pro ukládání a čtení digitální informace, tzv. spintroniku. Nemagnetické polovodiče na druhé straně hrají klíčovou roli v oblastech mikroprocesorového zpracování informace a optoelektroniky, ve kterých spin elektronu nehraje významnou roli.
Výše zmíněný objev spojuje světy spintroniky, polovodičové mikroelektroniky a optoelektroniky v jednom čipu. Teoretický a experimentální vývoj součástky byl inspirován dříve pozorovaným efektem, ve kterém elektrony nesoucí proud v magnetickém vodiči natáčejí své spiny podél směru magnetizace a díky anomálnímu Hallovu jevu je možné tyto spiny měřit prostřednictvím příčného elektrického napětí. Tento jev vedl tým k myšlence, že injekce spinově polarizovaných proudů do normálního nemagnetického polovodiče by měla generovat obdobné příčné napětí, pokud je chování elektronových spinů koherentní. Vědci tento jev experimentálně prokázali a nazvali „spin-injection Hall effect“.
K měření jevu byla použita speciálně zkonstruovaná planární fotodioda. Při nasvícení p-n přechodu vznikají opticky vybuzené elektrony a díry, které jsou urychlovány opačným směrem, podobně jako u konvenčního fotovoltaického článku. Při použití kruhově polarizovaného světla se díky zákonu zachování úhlového momentu budí spinově polarizované elektrony. Hallovské elektrické signály podél polovodičového mikrokanálu v n-typové části planární diody pak slouží k měření lokální spinové orientace proudících opticky vybuzených elektronů.
Pozorovaná příčná elektrická napětí jsou dostatečně silná pro praktické účely i za pokojové teploty a jsou lineárně závislá na stupni kruhové polarizace budícího světelného paprsku. Součástka tak představuje realizaci polovodičového nemagnetického polarimetru, který přímo konvertuje polarizaci světla na elektrický signál. Tento nový mikročip a jev, na kterém je založen, mohou najít široké uplatnění ve spintronickém výzkumu a aplikacích. Představují efektivní nástroj na detekci spinů v nemagnetických polovodičích, který nenarušuje měřené spinově polarizované proudy a obejde se bez použití magnetických prvků.
