Terahertsiaaltoja helpommin

Lupaava reitti tehostaa elektroniikkaa ja tutkimustoimintaa olisi hyödyntää terahertsiaaltoja.

Terahertsiaallot ovat ainutlaatuisen herkkiä johtavien järjestelmien varauksenkuljettajille, mikä on tehokas koetin uusien materiaalien magneettisten ominaisuuksien ymmärtämiseen.

Ultranopean elektroniikan ja koherenttien terahertsilähteiden etsintää voidaan merkittävästi edistää valon indusoimien varausvirtojen tarkka ja ultranopea hallinta nanomittakaavan rajapinnoilla.

Nykyiset menetelmät muuntavat pitkittäisesti injektoidut spin-polarisoidut virrat magneettisista materiaaleista poikittaisvarausvirroiksi, jolloin syntyy terahertsiaaltoja. Nämä relativistiset mekanismit kuitenkin riippuvat ulkoisista magneettikentistä ja kärsivät alhaisista spin-polarisaationopeuksista ja relativistisista spin-varausmuunnoksien tehokkuuksista, joille on ominaista spin-Hall-kulma.

Tätä taustaa vasten uusi tutkimus esittelee ei-relativistisen ja ei-magneettisen lähestymistavan, joka hyödyntää suoraan valon laukaisemia korkeatiheyksisiä varausvirtoja rajapintojen yli.

Tämän uraauurtavan työn suorittivat tutkijat Fudanin, Shanghain ja Pekingin yliopistoista.

Tutkimus valjastaa kahden johtavan rutiilioksidin sähköisen anisotropian: antiferromagneettisen RuO2:n ja ei-magneettisen IrO2:n. Näiden oksidien yksikiteiset kalvot voivat poikkeuttaa optisesti viritetystä metalliohutkalvosta injektoidut superdiffusiiviset varausvirrat ja ohjata ne uudelleen pitkittäissuunnasta poikittaissuunnassa. Tämä prosessi johtaa tehokkaaseen ja laajakaistaiseen terahertsisäteilyyn.

Toisin kuin perinteisissä lähestymistavoissa, jotka luottavat varausvirtojen muuntamiseen spin-polarisoiduiksi virroiksi, uusi menetelmä hyödyntää johtavien materiaalien luontaisiaominaisuuksia, mikä eliminoi spin-polarisaation tarpeen. Lisäksi tämä uusi mekanismi tarjoaa korkean terahertsin muunnostehokkuuden, joka on verrattavissa ISHE-mekanismiin. Erityisesti hyvin anisotrooppisen sähkönjohtavuuden omaavien johtavien materiaalien käyttö, jotka ovat helposti saatavilla, on avainasemassa muunnostehokkuuden parantamisessa. Siten tämä lähestymistapa lupaa suurempaa joustavuutta ja skaalautuvuutta verrattuna olemassa oleviin tekniikoihin, joita rajoittavat raskasmetallimateriaalien spin-Hall-kulman edelleen kasvattamiseen liittyvät haasteet.

Tämän tekniikan vaikutukset ulottuvat tehokkaan terahertsiaaltojen generointia pidemmälle. Sillä on lupaus energiankeruun, ultranopean elektroniikan ja terahertsispektroskopian aloille hyödyntämällä suuritiheyksisten varausvirtojen potentiaalia metallirajapintojen yli. Tämä johtaa erilaisten nykyaikaisten teknologioiden, kuten aurinkokennojen, keinotekoisen fotosynteesin ja tehokkaiden optoelektronisten laitteiden edistymiseen.

Toivokaamme, että tämä tutkimus mullistaa ultranopean elektroniikan alan! hehkuttavat tutkijat SPIE:n julkaisemassa tiedotteessaan.

Aiheesta aiemmin:

Optinen terahertsitransistori