Credit: PNAS

フリードリヒ・アレクサンダー大学エアランゲン（FAU）の研究チームは、スピン偏極ベクトルと電流の方向の相関を実証し、これを利用してキャリア寿命を増大しエネルギー変換効率がさらに改善できる可能性を示した（Niesner et al., PNAS 18, 9509, 2018）。

太陽は風力と並んで再生可能エネルギーの主要な資源である。その放射エネルギーは熱源であり、太陽光は太陽光発電で電力を得る。ペロブスカイトは、化学プロセスを用いて簡単に製造できる結晶性化合物であり、太陽電池の有望な材料と考えられている。エネルギー変換効率は22%を記録してシリコン材料にせまるほどになった。

光はできるだけ薄い層でできるだけ多くの電子を励起しなければならず、他方では、電子は電流を取り出す電極にできるだけ自由に流れなければならない。研究チームは、ペロブスカイト中の電子スピン偏極が電子移動にも関連しているため、効率的な直接遷移型バンド構造（上図A）に電子のスピン偏極を有効に利用できる可能性があると考えた。

FAUの研究チームの実験では、偏光レーザー光を使用した実験で、左向き、右向の偏光方向に対応している電子の流れの方向も反転する。一般には電子のスピン方向とバンド構造との間に非常に弱い結合しか示さない理由は、原子の位置が高次構造変化を引き起こすためで、結晶が室温まで加熱された状態では異なる結果が期待できる。そのために偏光レーザー光照射で電場摂動を与える原理がこの研究のポイントである。光照射でバンド間遷移を直接型に変える試みは一種の動的バンドエンジニアリングである。

実際にはラシュバ効果（注1）でスピン偏極電子をつくれば、電子の移動度を増大させエネルギー変換効率を改善できると期待されている。

（注1）界面や表面などの２次元電子系において、面に垂直な方向に電位差を与えることによって非磁性体であってもスピン偏極電子が生じ、電子スピンが縮退していた状態が、空間反転対称性の破れによってスピン分裂を生じる現象。この実験では表面電場摂動に偏光レーザー光が用いられた。

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