研究人员发现了一种显著现象，即当暴露在室温光照下时，旋转极化电流的方向可以在单原子层的铊铅合金中被限制为单一方向。这一发现挑战了已有的假设，因为之前认为单原子层几乎是透明的，这意味着它们对光的吸收或与光的相互作用极小。观察到的单向电流流动为超越传统二极管的进展开辟了潜力，这可能在未来导致更可持续的数据存储解决方案和复杂的二维自旋电子设备。该研究已在期刊《ACS Nano》上发表。
来自东京大学的研究人员谷内伊吹、秋山良太、羽原礼和长谷川修司揭示，当在室温下照射时，旋转极化电流的流动可以在铊铅合金的单原子层中限制为单一方向。这个突破性的发现违背了既定信念，因为之前认为单原子层几乎是完全透明的，对光的吸收或相互作用极小。本研究中观察到的电流的定向流动超越了传统二极管的功能，为未来更环保的数据存储和尖端的二维自旋电子设备奠定了基础。研究结果已发表在期刊《ACS Nano》上。
二极管是现代电子设备中的基本组件，因为它们指引电流沿一个特定方向流动。然而，随着设备变得越来越薄，设计和制造这些关键组件的复杂性日益增加。因此，展示可能促进此类设备发展的现象显得至关重要。自旋电子学是一个关注操控电子固有角动量或自旋的领域，通常借助光来实现。
秋山表示：“传统上，自旋电子学是处理较厚的材料。然而，我们更感兴趣的是非常薄的系统，因其内在的迷人特性。因此，我们旨在将这两个领域结合起来，探索在二维框架内将光转换为旋转极化电流的过程。”
将光转换为旋转极化电流的过程被称为圆形光生伏打效应（CPGE）。在这种类型的电流中，电子自旋在一个方向上排列，从而根据光的偏振限制电流的流动。这个现象类似于传统二极管，在那里电流只能在一个方向上流动，取决于电压的极性。研究人员采用铊铅合金来调查它们是否可以在单原子厚的层（二维系统）中观察到这一效应。他们在超高真空环境中进行实验，以防止吸附和氧化，从而揭示材料的“真实颜色”。通过用圆偏振光照射合金，他们能够追踪结果电流在方向和强度上的变化。
出乎意料的是，秋山说道：“我们发现这是一种旋转极化电流：电子自旋的方向与电流的方向相一致，这得益于这些薄合金的独特属性。”
这些轻量化的合金是研究团队之前开发的，展现出独特的电子特性，提供了意想不到的线索供他们当前的研究。随着这种新认识的达成，秋山展望未来。
“这些发现凸显了基础研究对应用和进步的重要性。在本研究中，我们旨在探索一个优化的系统。我们的下一步是寻找具有卓越电子特性的创新二维薄合金，并且利用低能量（太赫兹）激光来优化导致CPGE的激发路径。这种方法可以提高将光转换为旋转极化电流的效率。”
