激光网3月29日消息，科学家们使用电脉冲将磁信息操纵成偏振光信号，这一发现可能会彻底改变长距离光通信，包括地球和火星之间的通信。
发表在《自然》杂志上的一项研究中描述了这一突破，涉及自旋电子学领域，该领域旨在操纵电子的自旋以存储和处理信息。
研究人员应用电脉冲将这种自旋信息从电子传输到光子，光子是构成光的粒子，从而使信息能够以极快的速度传播很远的距离。他们的方法满足三个关键标准——在室温下运行、不需要磁场和电气控制能力——并为一系列应用打开了大门，包括超快通信和量子技术。
“几十年来，我们一直在梦想和预测室温自旋电子器件，超越磁阻，只是存储信息。随着这个团队的发现，我们的梦想成为现实，“该研究的合著者，纽约州立大学布法罗分校物理学杰出教授Igor Žutić说。
该研究由法国国家科学研究中心和洛林大学的联合单位Jean Lamour研究所领导。其他贡献者来自法国、德国、日本、中国和美国的大学和研究所。
在已成功用于磁性计算机硬盘驱动器的自旋电子学中，信息由电子自旋表示，并由其代理表示为磁化方向。
铁磁体，如铁或钴，具有不等数量的电子，其自旋沿磁化轴或逆向磁化轴。沿磁化强度具有自旋的电子平稳地穿过铁磁体，而具有相反自旋方向的电子则被反弹。这表示二进制信息 0 和 1。
由此产生的电阻变化是自旋电子器件的关键原理，其磁性状态可以无限期地保持。就像冰箱磁铁不需要电源就可以粘在门上一样，自旋电子设备需要的功率比传统电子设备少得多。
然而，就像把鱼从水中取出一样，当电子从铁磁体中取出时，自旋信息很快就会丢失，并且无法传播很远。这个主要限制可以通过利用光的圆偏振作为另一种自旋载流子来克服。
就像几个世纪前人类使用信鸽将书面通信传输得比步行更远、更快一样，诀窍是将电子自旋转移到光的量子上。
自旋轨道耦合的存在，也是铁磁体外部自旋信息丢失的原因，使这种转移成为可能。然后，关键的缺失环节是电调制磁化强度，从而改变发射光的螺旋度。
“自旋LED的概念最初是在上世纪末提出的。然而，为了过渡到实际应用，它必须满足三个关键标准：在室温下运行，不需要磁场，以及电气控制能力，“该研究的通讯作者，Jean Lamour研究所的CNRS高级研究员Yuan Lu说。
“经过在该领域超过 15 年的专注工作，我们的协作团队已成功克服了所有障碍。”
研究人员成功地利用自旋轨道扭矩通过电脉冲切换了自旋喷射器的磁化强度。电子的自旋被迅速转换为包含在发射光子螺旋度中的信息，从而实现磁化动力学与光子技术的无缝集成。
这种电控自旋-光子转换现在在发光二极管的电致发光中实现。未来，通过在半导体激光二极管中的实施，这种高效的信息编码可以为行星际距离的快速通信铺平道路，因为光的偏振可以在空间传播中守恒，有可能使其成为地球和火星之间最快的通信模式。
它还将极大地有利于地球上各种先进技术的发展，例如光量子通信和计算、用于人工智能的神经形态计算、用于数据中心的超快高效光发射器或光保真应用。
“自旋轨道扭矩自旋喷射器的实现是决定性的一步，将大大推动下一代光通信和量子技术的超快和节能自旋激光器的发展，”合著者、波鸿鲁尔大学光子学和太赫兹技术教授尼尔斯·格哈特说。
