电荷具有霍尔效应，你晓得自旋也有霍尔效应吗？
自旋电子学（图片泉源：Bart van Wees）
自旋电子学的到来
半导体、晶体管以及集成电路作为20世纪的严重创造，使得电子学的提高产生质变，同时也为微电子学的提高奠基了基本。这些都是使用了电子电荷的这一特性。
随着武艺的进一步提高，电子电荷量子效应和热效应带来的负面影响也暴显露了很多成绩，人们开头眷注电子的另一个紧张特性——自旋。
自旋看法的提出要追溯到1925年，莱顿大学的George Uhlenbeck和Samuel Goudsmit在公布的德文文章中提出自旋。近30多年来与自旋干系的电子学取得了极大提高并且提高了很多新的分支，如自旋电子学或磁电子学等。
从巨磁电阻（2007年诺贝尔奖）到隧道结磁电阻，再到庞磁电阻，自旋动量矩转移以及自旋轨道力矩等，与自旋干系的物理迎来了宽广的出息，此中自旋霍尔效应也占据紧张位置。
自旋霍尔效应的原理
自旋霍尔效应简便说来就是在横向电场的作用下，纵向产生自旋流的效应。这是由于自旋轨道的互相作用使电荷流和自旋流产生耦合（自旋和轨道间的耦互助用会对不同自旋的电子产生不同的偏转作用），从而招致了自旋霍尔效应。
实行上，当在某一具有强的自旋轨道耦互助用的质料中，纵向朝向经过未极化的电流时，在横向朝向将会产生纯自旋流，同时必要重申的是，纵（横）向朝向没有净电荷的积累。
初次预言的自旋霍尔效应实行观察（图片泉源：参考文献[1]）
自旋霍尔效应的汗青
1971年6月，人们比力特别霍尔效应，在实际上预言了自旋霍尔效应。他们以为，特别霍尔效应是极化的电流被非对称散射，同时也应该存在着非极化的电流被非对称散射的征象存在，但这之后很长一段时间都没有取得人们的注意。
直到1999年，封建家们引入了自旋霍尔效应这一看法，此中提到电流畅过顺磁金属时横向朝向可以产生自旋霍尔电压，相似地，当自旋流畅过时，在横向朝向也会产生霍尔电压。
同时，Hirsch提出了一种新的实行办法来观察自旋霍尔效应。如图1所示，存在一种特别布局的器件，本人属导体中经过电流，使用自旋霍尔效应产生自旋流，让所产生的自旋流注入到相邻的表层导体中，最初在表层导体中使用逆自旋霍尔效应产生电压举行检测。所谓的逆自旋霍尔效应，即自旋流转换为电流。
在2000年，人们基于自旋积累可以经过铁磁体探测而提出了另一个实行的方案来观察自旋霍尔效应。随后，更多的实际事情者关于自旋霍尔效应的物理实质举行了愈加深化的研讨。
实行上第一次观察到自旋霍尔效应是在2004年，人们同时在半导体中分散使用磁光克尔效应和自旋发光二极管观察到了自旋霍尔效应。Kato等使用磁光克尔效应在半导体GaAs的两个不同边沿察看到了极化朝向相反的自旋，Wunderlich等使用自旋发光二极管相反在不同的界面察看到了相反极化朝向的自旋，如图2所示。
上图代表用磁光克尔办法察看自旋霍尔效应，下图代表在自旋发光二级管中观察到的自旋霍尔效应（图片泉源：参考文献[5]）
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参考文献
[1] G.E. Uhlenbeck , S. Goudsmit. Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons. Naturwissenschaften 13, 953-954 (1925).
[2] J H. Christenson ? ? Possibility of orienting electron spins with current. Phys. Rev. Lett. 25, 3l6 (1970).
[3] J.E.Hirsch, Spin hall effect. Phys. Rev. Lett. 83, 1834 (1999).
[4] S.Zhang, Spin Hall effect in the presence of spin diffusion. Phys. Rev. Lett. 85, 393 (2000).
[5] Y.K.Kato, R.C.Myers, A.C.Gossard, Observation of the spin Hall effect in semiconductors. Science 306, 1910-1913 (2004).
[6] J.Wunderlich , B.Kaestner , J.Sinova , Experimental observation of the spin-Hall effect in a two-dimensional spin-orbit coupled semiconductor system. Phys. Rev. Lett. 94, 047204 (2005).
出品 | 科普中国
制造 | 中科院物理所封建转达协会
监制 | 中国封建院盘算机网络信息中央
编纂：可乐不加冰、Cloudiiink
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