太赫茲脈沖的“電場”組分在半導(dǎo)體鐵磁材料的太赫茲磁化調(diào)制中起著關(guān)鍵作用

未來，超高速自旋電子學(xué)將需要皮秒（1萬億分之一秒）內(nèi)的超快相干磁化逆轉(zhuǎn)。自旋電子學(xué)主要研究固態(tài)器件中電子的自旋和磁矩。雖然這最終可能通過使用單環(huán)太赫茲脈沖的輻照實現(xiàn)，但它產(chǎn)生的磁化強度或調(diào)制的微小變化，迄今為止阻礙了這項技術(shù)的任何實際應(yīng)用。

一般認為，太赫茲脈沖的“磁場”組分是磁化相干太赫茲響應(yīng)的起源。不過，正如日本東京大學(xué)研究人員此前發(fā)現(xiàn)的，太赫茲脈沖的“電場”組分在半導(dǎo)體鐵磁材料的太赫茲磁化調(diào)制中起著關(guān)鍵作用。

如今，該團隊在美國物理學(xué)聯(lián)合會（AIP）的《應(yīng)用物理快報》報告稱，他們最初的發(fā)現(xiàn)為其研究嵌入半導(dǎo)體的鐵磁性納米顆粒提供了靈感。他們的理論是，太赫茲脈沖在半導(dǎo)體中傳播時能量損耗很小，因此太赫茲脈沖的電場可有效應(yīng)用于每個納米粒子。

為驗證這一理論，研究團隊使用了一種100納米厚的半導(dǎo)體砷化鎵薄膜，薄膜中嵌入了磁性砷化錳（MnAs）納米顆粒。

“太赫茲脈沖在我們的薄膜中傳播時能量損耗很小，從而使其得以穿透薄膜。這意味著強太赫茲電場——最大強度為200千伏/厘米——被均勻地應(yīng)用于所有的鐵磁性納米粒子?！睎|京大學(xué)副教授Ohya Shinobu介紹說，“由于自旋—軌道相互作用，這種強電場通過調(diào)制MnAs納米顆粒中的載流子密度誘導(dǎo)大磁化調(diào)制?！?/p>

研究人員成功獲得了飽和磁化強度達20%的大調(diào)制，并且提出，太赫茲脈沖的電場組分在大調(diào)制中起著關(guān)鍵作用。

“我們的研究結(jié)果將帶來皮秒內(nèi)的超快相干磁化逆轉(zhuǎn)，而這將是超高速自旋電子學(xué)的一項重要技術(shù)?！監(jiān)hya說。