跟着手机信号塔、移动设备、WiFi、蓝牙、5G等等发生的微波越来越多地充满着咱们的国际，自但是然，科学家们将讨论将这些电磁波转化成能量的办法。犹他州立大学的科学家们发现了一种新办法：在有机半导体内将微波能量转化为电能。
在试验室中，他们现已证明了一种被称为逆自旋霍尔效应的新效应，它能运用微波作为磁自旋的源，将磁自旋流通换成电流。这听起来像是绕远了，因为手机天线现已将微波转化为电能，但他们演示的要点并非预演某个运用，而是为了证明逆自旋霍尔效应的确能够被运用和操控，然后成为21世纪的一个东西。他们猜测这在电池、太阳能电池和移动设备上会派上用场。
“咱们从该设备搜集的能量是经过微波辐射的办法输送进该设备的——在这个意义上，能量转化与天线的机理相同，行将电磁辐射转化成电流，”犹他州立大学教授Christoph Boehme在接纳笔者独家专访时表明，“不同的是，咱们设备效果的物理机制彻底不同。转化不是经过感应完结的，而是凭借逆自旋霍尔效应。事实上，要弄清咱们看到的不是比如电感应（例如简略的天线效应）的寄生效应，或其它已知的现象，是这一研讨的意图。”
图1：犹他州立大学物理学家Valy Vardeny和Christoph Boehme演示了可将磁自旋转化成电流的多种有机半导体，它们可用于未来的太阳能电池、电池和移动电子设备。（资料来历：美国犹他州大学，Lee Siegel）
逆霍尔效应最早是由前苏联科学家在1984年证明的，最近又在半导体范畴（2006年）和铁磁性金属范畴（2013年）进行了研讨。其概念相对简略：正如传导电流的导线周围的原子会引发磁自旋，且自旋方向取决于电流方向，相同，若能引发导线周围的原子发生磁自旋，则导线内也该会有电流。
但是，概念虽简略，可所需的演示仪器要杂乱——为此，微波粉墨登场。逆自旋霍尔效应的前期试验运用的是稳定微波，这与微波炉内的相同。不幸的是，微波将仪器的其余部分烤焦了，试验很快夭亡，没什么成果。他们的失利也给搜集环境中的杂散微波留下暗影，尽管Boehme和他的合作伙伴Valy Vardeny研讨员教授都以为该主意有可取之处。
“这是个很好的主意，但它是否会成为逆自旋霍尔效应的运用还有待证明。” Boehme在答复笔者运用杂散微波发电的主张时表明。
但是，因为他在试验中运用脉冲微波消除了过热问题，他或许仅仅出于礼貌。别的，他主张的运用听起来比我的更可行。
图2：构建在一小片玻璃条（顶部）上的器材演示了运用逆自旋霍尔效应可将磁自旋流通换为电流。关键是一个夹芯状设备（底部），其间外部磁场和微波脉冲在铁磁体上发生自旋波，然后自旋波在嵌入到有机半导体（聚合物）内的铜电极上转化为电流。（来历：犹他大学，Kipp van Schooten和Dali Sun）
“咱们从其它自旋电子学运用（如硬盘读磁头）了解到，自旋电子学可添补磁场到电流通换——其间简略感应不再有用，也即感应变得很不灵敏、很低效（就硬盘来说，读取头太小时就如此）——的技能空白。”Boehme表明，“能够幻想以十分低的本钱，像柔性衬底（本质上是箔片）上的单片纳米尺度薄膜器材相同，用有机半导体层做出逆自旋霍尔效应器材，所以现在还无法猜测运用规模。假如功率答应（咱们现在还不知道！），那么也能够幻想，能够用它来搜集周围环境的微波辐射，并将其间的能量用于其它运用。”
一言以蔽之：逆自旋霍尔效应能够见效；它是自旋电子学的新运用，这在某些方面丰厚了业已不断丰厚的、可用于搜集磁自旋的自旋电子效应和器材东西箱。接下来，需求准确丈量其功率并测验进行一些适宜运用，以测定未来对有机半导体来说，逆自旋霍尔效应终究有多有用。
“咱们研讨的方针是展现如何故一种‘直接’的办法来丈量逆自旋霍尔效应，即在没有或只要很少简略的微波感应效应和其它信号存在的条件下，显示出很强、可直接观察到的逆自旋霍尔效应。”Boehme表明，“咱们经过搭建造备和进行试验，将逆自旋霍尔效应的强度较之曾经提高了100倍，完成了这一方针，一起，咱们完成了对寄生效应的限制。因而现在咱们的设备能够很容易地观察到这种效应。在不久的将来，咱们（或许还有其它研讨集体）将运用这一发展对该效应进行真实、具体的研讨。当然，这些研讨的一部分将针对该效应究竟能多有用地用于潜在技能运用这一问题。”
图3：在犹他州立大学的物理试验室，当施加脉冲微波时，研讨人员在几种有机半导体上展现了逆自旋霍尔效应，这可用于未来的电池、太阳能电池和移动电子设备。（资料来历：美国犹他州大学，Christoph Boehme）
因而，答案仍悬而未决，这些研讨人员仅仅搞出了基准办法。这将由他们和其他人在未来的试验中，评价在未来运用中逆自旋霍尔效应的有用性。就个人而言，我期望这终究能处理来自通讯塔的“微波过载”，也就是说不再使咱们每个人作茧自缚，但假如有必要挑选，那我会赌小的片上运用，如用于未来超低功耗有机半导体的新的自旋电子器材。
研讨人员证明了逆自旋霍尔效应可在三种有机半导体材猜中见效：PEDOT : PSS，以及在三种富铂有机聚合物中，有两种是π共轭聚合物，另一种是球形碳-60分子（巴克球），后者被证明最有用。悉数细节，可参看“Inverse Spin Hall Effect from pulsed Spin Current in Organic Semiconductors with Tunable Spin-Orbit Coupling”（《带可调自旋轨道耦合的有机半导体中的脉冲自旋流所引起的逆自旋霍尔效应》）一文。
该研讨经费由美国国家科学基金会（NSF）和犹他州立大学的NSF资料研讨科学与工程中心供给。本文得到了（犹他州立大学）研讨助理教授Dali Sun和Hans Malissa、博士后研讨人员Kipp van Schooten和Chuang Zhang、博士生Marzieh Kavand和Matthew Groesbeck的协助。
