来源：东京大学（University of Tokyo）；太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

    东京大学的科研人员已经证明，在室温下对铊铅合金单个原子层进行照射时，自旋极化电流的方向可以被限定在唯一的方向。这一发现突破了传统的认知：单原子层之前被认为几近完全透明，换言之，其吸收或与光发生相互作用几乎都可以忽略不计。

    本研究中观察到电流单向流动现象使普通二极管无法实现的功能成为可能，这为未来更环保的数据存储铺平了道路，例如超细二维自旋电子器件。该研究结果已经发表在《美国化学学会纳米期刊》（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，如何将其可能成功实现的现象展示出来就显得至关重要。自旋电子学是科研人员通过启用例如光等能量来操纵电子固有角动量（自旋）的一个研究领域。

    秋山良田（Ryota Akiyama）表示：“自旋电子学传统上是用来处理较厚的材料。然而，我们却对非常薄的系统更感兴趣，因为其与生俱来又令人兴奋的特性。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。”

    从光到自旋极化电流的转换被称为圆形光阀效应（CPGE）。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测这种现象是否可以在薄如单个原子层（二维系统）中得以实现。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，可以观察到流动电流的方向和大小的变化。

    秋山补充到：“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特性，电子自旋的方向与电流的方向对齐。”

    该团队之前所开发的类似薄合金就显示出其独特的电子性能，这为该团队目前的研究提供了偶然的线索。有了这些新知识，秋山憧憬着未来的应用。

    “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。”

    该研究小组成员包括谷内伊（Ibuki Taniuch）、秋山（Akiyama)、麗保原（Rei Hobara）和长谷川修二(Shuji Hasegawa)。

    更多信息请查阅：谷内伊（Ibuki Taniuchi)等人，Tl-Pb单层合金在具有巨大Rashba分裂Si（111）上的表面圆形光电流效应，《美国化学学会纳米期刊》（ACS Nano）（2025）。

    DOI: 10.1021/acsnano.4c08742