Nos últimos anos, pesquisadores demonstraram que a luz pode servir como um gerador de corrente de spin, criando correntes de momento angular, em nanoestruturas ópticas conhecidas como absorvedores plasmônicos, abrindo um novo ramo da spintrônica chamado opto-spintrônica.

Recentemente, pesquisadores começaram a usar metamateriais, compostos de engenharia que têm propriedades únicas não encontradas na natureza, para aumentar as taxas de absorção dos absorvedores plasmônicos. Essas propriedades incluem o tamanho, forma e arranjo das nanopartículas que manipulam as ondas eletromagnéticas, absorvido como luz, para conseguir o que é impossível com materiais convencionais.

Pesquisadores no Japão usaram um metamaterial de três camadas para desenvolver um absorvedor de metamaterial plasmônico seletivo para comprimento de onda (PMA) em cima de um dispositivo spintrônico para aumentar a geração de correntes de spin a partir do calor produzido no regime de infravermelho médio.

A pesquisa, que poderia ser incorporado em uma gama de aplicações de termofotovoltaicos e células solares de filme ultrafino a detectores de luz e térmicos, é relatado esta semana em APL Photonics .

"Nosso trabalho é o primeiro a combinar metamateriais plasmônicos de infravermelho médio com dispositivos spintrônicos. Esta combinação única permite uma absorção de luz mais forte e mostra a excelente tenabilidade dos comprimentos de onda de ressonância desses metamateriais, "disse Satoshi Ishii, pesquisador do National Institute for Materials Science e co-autor do artigo.

Os pesquisadores criaram um dispositivo spintrônico feito de camadas separadas de platina (Pt) e granada ítrio-ferro (YIG). Eles então colocaram camadas de alumina e alumínio na camada de Pt para criar o PMA no topo do dispositivo spintrônico. Nesse caso, Pt é usado como a camada mais inferior no PMA e também como a camada superior do dispositivo spintrônico.

A equipe no Japão mostrou que uma corrente de spin pode ser gerada diretamente a partir dos fótons absorvidos no filme de Pt, um metal paramagnético, que é colocado sobre YIG, que é um isolante magnético. Como a luz está confinada no regime de sub comprimento de onda no PMA, os campos eletromagnéticos são fortemente aumentados antes que a luz seja absorvida. Depois que a luz é absorvida pelo filme de Pt, gera calor, que também é aprimorado pelo PMA.

Em outras palavras, quando a luz incidente atinge o dispositivo na faixa do infravermelho médio, o PMA exibe uma forte ressonância plasmônica, o que maximiza a absorção. Uma fração da luz absorvida desencadeia parcialmente o efeito fotovoltaico (PSV) no dispositivo spintrônico Pt / YIG, um método relativamente novo para gerar diretamente correntes de spin por meio de fótons em um metal não magnético revestido com um isolador magnético. A luz restante aquece o dispositivo para produzir um gradiente térmico em toda a espessura do material magnético, que por sua vez induz uma tensão de spin gerada termicamente no que é chamado de efeito Seebeck de spin longitudinal (LSSE).

"Resumidamente, devido ao absorvedor de metamaterial plasmônico, "disse Ken-ichi Uchida, outro pesquisador do NIMS e co-autor do artigo, "o dispositivo permite a detecção elétrica de um comprimento de onda específico por meio do efeito PSV e do LSSE."