单原子金属层揭示了光对自旋极化电流的意外控制

东京大学的研究人员已经证明，在室温下照射铊铅合金的单个原子层时，自旋极化电流的方向只能限制在一个方向。这一发现打破了惯例：单原子层被认为几乎完全透明，换句话说，吸收或与光相互作用可以忽略不计

本研究中观察到的电流的单向流动使普通二极管之外的功能成为可能，为未来更环保的数据存储铺平了道路，如超细二维自旋电子器件。研究结果发表在ACS Nano杂志上

二极管是现代电子产品的基本组成部分，它将电流限制在一个方向。然而，器件越薄，设计和制造这些功能部件就越复杂。因此，展示可能使这种发展壮举成为可能的现象至关重要。自旋电子学是一个研究领域，研究人员通过施加光来操纵电子的固有角动量（自旋）

秋山良田说：“Spintronics传统上处理较厚的材料。”。“然而，我们对非常薄的系统更感兴趣，因为它们具有固有的激发特性。因此，我们想将两者结合起来，研究二维系统中光到自旋极化电流的转换。”。在自旋极化电流中，电子的自旋沿一个方向排列，根据光的极化将电流限制在一个方向。这种现象类似于传统二极管，其中电流只能根据电压的极性沿一个方向流动

研究人员使用铊铅合金来观察这种现象是否可以在薄如单个原子的层（二维系统）中观察到。他们在超高真空中进行了实验，以避免材料的吸附和氧化，从而揭示其“真实颜色”。当研究人员用圆偏振光照射合金时，他们可以观察到流动电流的方向和大小的变化

Akiyama说：“更令人惊讶的是，这是一种自旋极化电流：由于这些薄合金的新颖特性，电子自旋的方向与电流的方向对齐。”。有了这些新知识，秋山展望未来

“这些结果表明，基础研究对应用和发展至关重要。在这项研究中，我们的目标是观察一个优化的系统。下一步，除了寻找具有独特电子特性的新型二维薄合金外，我们还想使用低能量（太赫）激光来缩小诱导CPGE的激发路径。这样我们就可以提高从光到自旋极化电流的转换效率。”

研究小组包括谷内Ibuki、Akiyama、Rei Hobara和Shuji Hasegawa More information: Ibuki Taniuchi et al, Surface Circular Photogalvanic Effect in Tl–Pb Monolayer Alloys on Si(111) with Giant Rashba Splitting, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.4c08742

Journal information: ACS Nano