铁磁纳米颗粒系统显示出超高速自旋电子学的前景。

铁磁纳米颗粒系统显示出超高速自旋电子学的前景。

未来,超高速自旋电子学将需要在皮秒——万亿分之一秒的时间内进行超快相干磁化反转。在固态器件中,自旋电子学以电子的自旋和磁矩为中心。虽然这最终可以通过一个接近单周期太赫兹脉冲的辐照,磁化或调制的微小变化来实现,但它产生的结果迄今为止阻止了这项技术的任何实际应用。

一般认为太赫兹脉冲的“磁场”分量是磁化的相干太赫兹响应的起源。但是,正如东京大学的一组研究人员先前发现的那样,太赫兹脉冲的“电场”分量在半导体铁磁材料太赫兹磁化调制中起着关键作用。

现在,研究小组在AIP出版的《应用物理学快报》杂志上报道说,他们最初的发现激发了他们探索嵌在半导体中的铁磁性纳米颗粒。他们的理论是,由于太赫兹脉冲在半导体中传播时的能量损失很小,太赫兹脉冲的电场可以有效地应用于每个纳米颗粒。

东京大学的副教授ShinobuOhya说:“到目前为止,铁磁性金属薄膜已经被用于研究太赫兹对磁化的调制。”目前报道的调制比通常小于饱和磁化强度的约1%。

为了验证他们的理论,研究小组使用了一种100纳米厚的半导体砷化镓(GaAs)薄膜,该薄膜嵌入了铁磁砷化锰(MnAs)纳米粒子。”太赫兹脉冲在薄膜中传播过程中的能量损失很小,这使得它能够穿透薄膜。这意味着强太赫兹电场——最大强度为200千伏/厘米——均匀地作用于所有的铁磁纳米颗粒。由于自旋轨道相互作用,这种强电场通过调节mnas纳米颗粒中的载流子密度来诱导大的磁化调制。”

研究人员成功地获得了高达饱和磁化强度20%的大调制,并得出结论,太赫兹脉冲的电场分量在大调制中起着关键作用。

Ohya说:“我们的结果将导致皮秒范围内的超快速相干磁化反转,这将是超高速自旋电子学的一项重要技术。”铁磁纳米颗粒系统在利用太赫兹脉冲进行高速磁化转换方面非常有前景。”

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