图片来源：IBM |
你可能使用的几乎每一种小工具——从吹风机到Gameboy——都通过设计利用了电子的负电荷。但是，除了电荷之外，电子还具有另一个基本特性——即自旋——这可能会催生一类全新的电子设备。研究人员已经设法在金属中利用自旋，特别是在电脑硬盘驱动器内的电路中（见图）。但是，他们一直无法充分地操纵自旋，以便在基于半导体的设备中加以利用。然而，找到利用自旋的方法可能会带来超高速的紧凑型计算机，并且也可能使量子计算机更近在咫尺。
本周发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters，PRL 86, 4358）上的研究结果揭示了科学家们在半导体层中产生所谓“自旋极化”电流的一种方法。德国雷根斯堡大学的谢尔盖·加尼切夫（Sergey Ganichev）和他的同事们将圆偏振激光脉冲照射到量子阱的表面，量子阱是由不同半导体构成的“三明治”结构，可以将电子束缚在极薄的中间层中。他们知道圆偏振光可以产生更多自旋向上或自旋向下的电子。他们希望这种不平衡会产生电流，这基于量子阱材料的一种鲜为人知的特性：电子传输理论认为，晶格中的不对称性将确保自旋向上和自旋向下的电子具有相反的、非零的平均速度。
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他们发现，正如预期的那样，自旋极化电流自动地沿垂直于激光束的方向流动。电流的方向表明，激光赋予了电子角动量，而不是线动量。研究人员还发现，他们可以通过简单地反转圆偏振的方向来容易地反转电流的方向。简而言之，该系统的工作原理“就像道路上的车轮”，加尼切夫说。“如果你改变旋转方向，那么你也会改变线性方向。”该团队已经为一种用于圆偏振光的高速探测器申请了专利，并希望这项技术将带来其他进展。