Двумерный гибридный металлогалогенный прибор позволяет контролировать терагерцовое излучение

Исследователи использовали двумерные гибридные галогениды металлов в устройстве, которое позволяет управлять терагерцовым излучением, генерируемым спинтронной схемой. Устройство имеет лучшую эффективность сигнала, чем обычные генераторы терагерцового диапазона, тоньше, легче и дешевле в производстве.

Терагерц (ТГц) относится к части электромагнитного спектра (то есть частот от 100 ГГц до 10 ТГц) между микроволновым и оптическим диапазоном, а технологии ТГц оказались многообещающими для различных приложений, от более быстрых вычислений и связи до чувствительного оборудования обнаружения. Однако создание надежных устройств ТГц диапазона было сложной задачей из-за их размера, стоимости и неэффективности преобразования энергии.

«В идеале ТГц устройства будущего должны быть легкими, недорогими и прочными, но этого было трудно достичь с использованием современных материалов», — говорит Дали Сан, доцент физики в Университете штата Северная Каролина и соавтор исследования. «В этой работе мы обнаружили, что двухмерный гибридный галогенид металла, обычно используемый в солнечных элементах и ​​диодах, в сочетании со спинтроникой, может отвечать некоторым из этих требований».

Рассматриваемый двумерный гибридный галогенид металла представляет собой популярный и коммерчески доступный синтетический гибридный полупроводник: бутиламмоний и иод свинца. Спинтроника относится к управлению спином электрона, а не просто к использованию его заряда для создания энергии.

Дали Сан и его коллеги создали устройство, которое наслаивает двухмерные гибридные галогениды металлов на ферромагнитный металл, а затем возбуждает его лазером, создавая сверхбыстрый спиновой ток, который, в свою очередь, генерирует ТГц излучение.

Исследователи обнаружили, что двумерное гибридное металлогалогенное устройство не только превосходит более крупные, тяжелые и более дорогие для производства излучатели, используемые в настоящее время, они также обнаружили, что свойства двумерного гибридного металлогалогенида позволяют им управлять направлением передачи ТГц.

«Традиционные передатчики терагерцового диапазона основывались на сверхбыстром фототоке», — говорит Дали Сан. «Но генерируемые спинтроникой излучения дают более широкую полосу частот ТГц, и направление излучения ТГц можно контролировать, изменяя скорость лазерного импульса и направление магнитного поля, что, в свою очередь, влияет на взаимодействие магнонов и фотонов и позволяет нам управлять направлением».

Он считает, что эта работа могла бы стать первым шагом в исследовании 2D-гибридных металлогалогенидных материалов в целом как потенциально полезных в других приложениях спинтроники.

«Используемое здесь двумерное гибридное устройство на основе галогенидов металлов меньше и экономичнее в производстве, оно надежно и хорошо работает при более высоких температурах», — говорит Дали Сан. «Это говорит о том, что 2D-гибридные металлогалогенные материалы могут оказаться лучше современных обычных полупроводниковых материалов для ТГц-приложений, которые более подвержены дефектам».

Исследователи надеются, что их работа позволит разработать широкий спектр малоразмерных гибридных металлогалогенных материалов для будущих приложений спинтроники и спин-оптоэлектроники.

Статья об исследовании была опубликована в Nature Communications.