15:22 2023-01-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Oamenii de știință cuplează radiația terahertz cu undele de spin
_ Oamenii de știință cuplează radiația terahertz cu spin unde
O echipă internațională de cercetare condusă de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) a dezvoltat o nouă metodă de cuplare eficientă a undelor terahertzi cu lungimi de undă mult mai scurte, așa-numitele unde de spin. După cum raportează experții în revista Nature Physics, experimentele lor, în combinație cu modele teoretice, clarifică mecanismele fundamentale ale acestui proces, considerat anterior imposibil. Rezultatele sunt un pas important pentru dezvoltarea de noi tehnologii bazate pe spin, care economisesc energie, pentru procesarea datelor.
„Am fost capabili să excităm în mod eficient undele de spin de înaltă energie folosind lumină teraherți într-un tip sandwich. sistem de material format din două folii metalice groase de câțiva nanometri, cu un strat feromagnetic intercalat”, spune dr. Sergey Kovalev de la Institutul de Fizică a Radiațiilor de la HZDR, unde au fost efectuate experimentele. Electronii au un spin eficient care se comportă ca un turnător.
Și ca un giroscop, o perturbație externă poate înclina axa de rotație a spinului: o mișcare giroscopică, numită precesie, urmează exemplul. În materialele feromagnetice, există o interacțiune foarte puternică între spinurile electronilor și, ca urmare, o precesie începută local continuă sub forma unei unde de spin în întregul strat de material feromagnetic.
Acest lucru este interesant, deoarece un val de spin — ca orice val — poate fi folosit ca purtător de informații. În timp ce fiecare spin de electron este în mișcare, în feromagneții considerați rămâne în poziția sa în rețeaua atomică, prin urmare nu este implicat nici un flux de curent. Deci, spre deosebire de cipurile computerelor de astăzi, nu există pierderi de căldură din cauza curenților în dispozitivele bazate pe spin.
În mod convenabil, frecvențele caracteristice undelor de spin de înaltă energie sunt în intervalul teraherți. Acesta este exact domeniul țintă pentru noi tehnologii ultrarapide pentru transmisia și procesarea datelor. Prin urmare, cuplarea tehnologiei optice terahertzi cu dispozitive bazate pe spin ar putea permite concepte complet noi și eficiente pentru tehnologiile IT.
Asemănător luminii, care poate fi descrisă și în termeni de particule individuale numite fotoni, energiile undelor de spin. sunt cuantificate, iar cuantele undelor de spin se numesc magnoni. Magnonii și fotonii teraherți au aceleași energii și, prin urmare, ar trebui să fie ușor convertibili unul în celălalt. Dar există o problemă pe parcurs: viteza complet diferită a celor două fenomene ondulatorii.
Undele Terahertz se deplasează ca radiație electromagnetică cu viteza luminii, în timp ce undele de spin sunt legate de existența spinurilor care interacționează. Viteza lor de propagare este de sute de ori mai mică decât cea a luminii. Și în timp ce undele de teraherți au o lungime de undă de puțin mai mică de un milimetru, lungimea de undă a undelor de spin, pe de altă parte, este în intervalul de doar câțiva nanometri. Drept urmare, unda terahertz nu are nicio șansă de a-și transfera energia în mod specific și direct la o undă de spin mult mai lentă.
Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au conceput o combinație de straturi metalice extrem de subțiri de tantal și platină, în mijlocul căreia au introdus un strat subțire dintr-un aliaj feromagnetic nichel-fier. Această combinație de materiale este reglată cu precizie pentru a „traduce” semnalele din lumea luminii în lumea spinurilor.
Au dezvoltat și produs materialul lor funcțional de strat la Institutul HZDR de Fizică și Cercetare a Materialelor Ionului. Pentru a face acest lucru, ei au depus treptat peliculele metalice pe un substrat subțire de sticlă. „În experiment, am bombardat apoi probele cu impulsuri intense de teraherți și am măsurat magnetizarea lor care variază rapid în timp cu impulsuri laser optice. Am găsit oscilații caracteristice ale magnetizării, chiar și pentru momentele în care impulsul excitant de teraherți nu mai interacționa cu proba. deloc”, explică Kovalev.
„Am variat mulți factori, cum ar fi câmpurile magnetice externe și diferite compoziții materiale ale straturilor, până când am putut arăta cu încredere că acestea erau într-adevăr undele de spin pe care le căutăm”, spune coechipierul dr. Ruslan Salikhov. , care lucrează la noi materiale magnetice funcționale.
Pentru această transformare a unei unde electromagnetice într-o undă de spin, echipa a profitat de o întreagă gamă de efecte cuantice diferite. Figurat vorbind, aceste efecte asigură faptul că unda terahertz și unda de spin se înțelege reciproc. În primul rând, radiația terahertz accelerează electronii liberi în metalul greu, permițând formarea de curenți microscopici.
Acești curenți sunt transformați în curenți de spin prin așa-numitul efect Hall de spin, adică curenți de electroni care au doar un orientare de spin foarte specifică și astfel poate transporta momentul unghiular rezultat în spațiul local. La interfețele dintre metalul greu și feromagnet, acest moment unghiular exercită apoi un cuplu asupra spinurilor din feromagnet. Acest cuplu furnizează exact perturbația care duce la formarea undelor de spin.
Prin compararea diferitelor eșantioane, oamenii de știință au reușit acum să arate că câmpul de teraherți în sine nu este capabil să genereze direct unde de spin. Doar ocolul duce la succes. Ei au reușit astfel să confirme predicțiile teoretice despre eficiența cuplurilor de spin-orbită pe scale de timp de picosecunde.
Noul sistem de eșantionare funcționează, prin urmare, ca o sursă de unde de spin condusă de teraherți care ar putea fi, în principiu, ușor de integrat în circuite. Această lucrare este un pas important către utilizarea tehnologiei teraherți în componente electronice noi. În același timp, metoda demonstrată deschide noi posibilități pentru caracterizarea fără contact a dispozitivelor bazate pe spin.
Comentarii:
Adauga Comentariu