Tehokkaampaa terahertsitaajuuksien ilmaisua

Ryhmä fyysikoita on löytänyt sähköisen ilmaisumenetelmän terahertsiaalloille, joita on yleensä erittäin vaikea havaita.

Löytö perustuu resonanssi-ilmiöön antiferromagneettisissa materiaaleissa. Nämä materiaalit tarjoavat ainutlaatuisia etuja ultranopeissa ja spinpohjaisissa nanotason laitteiden sovelluksissa.

Tutkijat, joita johti fyysikko Jing Shi Kalifornian Riverside yliopistosta, tuottivat spinvirran antiferromagneetissa ja pystyivät havaitsemaan sen sähköisesti. Tämän saavutuksen tuottamiseksi he käyttivät terahertsisäteilyä magneettisen resonanssin pumppaamiseksi kromiaan.

Antiferromagneeteissa elektronin spinien suunnat kumoavat toisensa ja niillä on myös sisäinen spinin kulmamomentti, jossa spinin pyörimisakseli kiertää pystyakselin ympäri. Kun tämä elektronien prekessiotaajuus vastaa elektroneihin vaikuttavan ulkoisen lähteen sähkömagneettisten aaltojen taajuutta, syntyy magneettinen resonanssi.

Tällaisen magneettisen resonanssin luomiseksi fyysikot operoivat 0,24 terahertsillä. Tämä on sama kuin elektronien prekessiotaajuus kromiassa. Magneettisen resonanssin tuottaman spinvirran tutkijat muuttivat tasajännitteeksi.

"Pystyimme osoittamaan, että antiferromagneettinen resonanssi voi tuottaa sähköjännitteen, spintronisen vaikutuksen, jollaista ei ole koskaan aikaisemmin tehty kokeellisesti", kertoo professori Jing Shi.

Tietoliikenteessä on suuntaus kohti terahertsin mikroaaltoja. Niiden luominen ei ole vaikeaa, mutta niiden havaitseminen on. Työmme on nyt tarjonnut uuden reitin terahertsien havaitsemiseksi sirulla, toteavat tutkijat.

Elektronin spinin prekessio antiferromagneeteissa on paljon nopeampaa kuin ferromagneeteissa, mikä johtaa taajuuksiin, jotka ovat kaksi-kolme suuruusluokkaa korkeammat kuin ferromagneettien taajuudet - mahdollistaen siten nopeamman tiedonsiirron.

Shin ryhmä kehitti kaksikerroksisen rakenteen, joka koostui kromiasta, antiferromagneettisesta eristeestä, jonka päällä oli metallikerros ilmaisimena.

Shi selvittää, että kromiassa olevat elektronit pysyvät paikallisina. Se mikä ylittää rajapinnan on informaatio, joka on koodattu elektronien prekessioon.

"Tämä on ensimmäinen onnistunut puhtaan spinvirran tuottaminen ja havaitseminen antiferromagneettisissa materiaaleissa, mikä on kuuma aihe spintronikassa", Shi toteaa, yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Näppärä terahertsinen tekniikka

Terahertsit käyttöön