Ferromagnetiske nanopartikelsystemer viser løfte om ultrahøj hastighed spintronics

I fremtiden, ultrahøj hastighed spintronics vil kræve ultrahurtig kohærent magnetiseringsomvendelse inden for et picosekund-en billioner af et sekund. Spintronics koncentrerer sig om en elektron-spin og magnetisk moment i solid-state-enheder. Selvom dette i sidste ende kan opnås via bestråling med en næsten monocyklisk terahertz -puls, den lille ændring af magnetisering, eller modulering, den genererer har hidtil forhindret enhver praktisk anvendelse af denne teknik.

Generelt, "magnetfelt" -komponenten i en terahertz -puls anses for at være oprindelsen til magnetiseringens koherente terahertz -respons. Men, som en gruppe af forskere fra University of Tokyo tidligere opdagede, "elektrisk felt" -komponenten i en terahertz-puls spiller en central rolle i terahertz-magnetiseringsmoduleringen af ​​halvlederbaserede ferromagnetiske materialer.

Nu rapporterer gruppen i journalen Anvendt fysik bogstaver , at deres første opdagelse inspirerede dem til at udforske ferromagnetiske nanopartikler indlejret i en halvleder. Deres teori var, at det elektriske felt i terahertz -pulsen effektivt kunne anvendes på hver nanopartikel på grund af det lille energitab af terahertz -pulsen under dens udbredelse gennem en halvleder.

"Indtil nu, ferromagnetiske metalfilm er blevet brugt til undersøgelser af terahertz -moduleringen af ​​magnetiseringen, "sagde Shinobu Ohya, lektor ved University of Tokyo. "Moduleringsforholdet, der hidtil er rapporteret, har typisk været mindre end ~ 1 procent af mætningsmagnetiseringen."

For at teste deres teori, gruppen brugte en 100 nanometer tyk halvleder galliumarsenid (GaAs) film indlejret i ferromagnetiske manganarsenid (MnA'er) nanopartikler. "Terahertz -pulsens lille energitab under formeringen i vores film gør det muligt at trænge ind i filmen. Det betyder, at det stærke terahertz elektriske felt - med en maksimal intensitet på 200 kilovolt/centimeter - påføres ensartet på alle ferromagnetiske nanopartikler , "sagde Ohya." Dette stærke elektriske felt inducerer den store magnetiseringsmodulation via modulering af bærertætheden i MnAs nanopartikler, takket være spin-orbit-interaktionen. "

Det lykkedes forskerne at opnå en stor modulering på op til 20 procent af mætningsmagnetiseringen, og konkluderede også, at den elektriske feltkomponent i terahertz -pulsen spiller en nøglerolle i den store modulering.

"Vores resultater vil føre til en ultrahurtig kohærent magnetiseringsomvendelse inden for et picosekund, som vil være en vigtig teknik til ultrahøjhastigheds-spintronik, "Ohya sagde." Ferromagnetiske nanopartikelsystemer er ekstremt lovende for højhastigheds-magnetiseringskift ved hjælp af terahertz-pulser. "