Centrifugeringsstrømme skifter ved terahertz -frekvenser

Spintronics teknologi er baseret på elektronernes egen spin. På mellemlang sigt, det er indstillet til at erstatte elektronik som grundlag for tekniske enheder. DESY forsker Lars Bocklage har opdaget en ny måde at producere ultrahurtige spinstrømme. Hans beregninger, som nu er offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , tyder på, at spin -strømmen kan fungere ved terahertz -frekvenser - tusind gange hurtigere end de hastigheder, der kan opnås i øjeblikket.

Spin er elektronens kvantemekaniske egenskab og et mål for dets iboende vinkelmoment. Ligesom den elektriske ladning af en elektron i elektronik, dens spin kan også bruges til at behandle eller gemme oplysninger. Dette forskningsområde er kendt som spintronics, i analogi med elektronik. Spintronic-enheder bruges allerede i dag til læsehovederne på harddiske og til magnetoresistive sensorer. Imidlertid, spinelektronik er en ren nanoteknologi, fordi spin -strømme kun rejser ekstremt korte afstande, før de mister de oplysninger, de bærer. Alligevel, spintronics kunne en dag erstatte elektronik helt og behandle signaler ikke kun ekstremt hurtigt, men også meget energieffektivt. Dette er fordi, i modsætning til elektronik, ingen elektroner skal flyde som en strøm i spintronics, producere spildvarme og derved forbruge energi.

Ligesom elektriske strømme, spin -strømme kan skabes ved svingende magnetfelter. En centrifugeringsstrøm kan også "pumpes" fra et magnetisk materiale til et ikke-magnetisk nærliggende materiale; spinstrømmen eksisterer da også inde i det andet materiale i et stykke tid. Effekten er særlig udtalt, når det magnetiske materiale exciteres af et eksternt magnetfelt ved sin resonansfrekvens. Dette ligger typisk omkring et par gigahertz, frekvensen, hvormed moderne mobilkommunikationsenheder eller computerprocessorer drives. En gigahertz (GHz) svarer til en milliard svingninger i sekundet, en terahertz (THz) er tusind gange hurtigere, dvs. en billion oscillationer i sekundet.

Bocklages beregninger viser, at ultrahurtige spinstrømme kan produceres ved tusind gange højere frekvenser, end det hidtil har været muligt. Overraskende, spinstrømmen falder ikke til nul, selv når excitationen ikke drives ved resonansfrekvensen. "Den hurtige tidsmæssige udsving i magnetiseringen kompenserer for faldet i magnetiseringens amplitude, " forklarer Bocklage. "Dette fører til en vedvarende spinstrøm ved meget høje frekvenser, som stabiliserer sig på omkring ti procent af resonansfrekvensstrømmen. Ved at spændende det ved hjælp af terahertz -stråling, som nu bruges af fuldkropsscannere i lufthavne, og som der i øjeblikket udvikles intense kilder til i nutidens laserforskning, THz-spinstrømmen kan være endnu større." En anden fordel er, at terahertz-spinstrømmen svinger i samklang med det magnetiske felt, der stimulerer magnetiseringen. Det betyder, at spinstrømmen kan styres fuldt ud eksternt via THz-magnetfeltet.