В ходе исследования учёные вдвое повысили эффективность спинтронного излучателя терагерцевых волн за счёт плавного перехода между слоями из металла. В обычных устройствах граница между слоями чёткая, а эксперименты показали, что при наличии градиента передача магнитного момента происходит эффективнее, что приводит к лучшему преобразованию лазерного излучения в терагерцевые волны. Это открытие позволит совершенствовать существующие излучатели и расширить их применение в медицине, технике и телекоммуникациях. поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы В журнале «Наука и технологии продвинутых материалов».
Внедрение метода терагерцевой спектроскопии.
Тeraгерцевые излучатели широко применяются в медицине и технике: выявляют опухоли, сканируют багаж, проверяют подлинность произведений искусства и многое другое. Спинтронные излучатели считаются перспективным типом таких устройств. Благодаря переносу магнитного момента из ферромагнитного слоя материала в немагнитный, происходит преобразование лазерных импульсов в ТГц-излучение, которое затем преобразуется в электрический ток.
Ферромагнитный слой изготовлен из металла, способного под действием лазерных импульсов очень быстро размагничиваться, например, кобальтом. При его размагничивании возникает спиновый ток — явление переноса магнитного момента между атомами без переноса заряда, как в обычном электрическом токе. Спиновый ток достигает второго слоя из платины. Там он превращается в электрический ток, генерирующий ТГц-излучение.
Поскольку мощность ТГц-излучателей зависит от эффективности передачи магнитного момента между слоями металлов, ученые стремятся повысить эффективность этого переноса.
Исследователи из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург) в сотрудничестве с коллегами из Дальневосточного федерального университета (Владивосток), Сахалинского государственного университета (Южно-Сахалинск), Институт физики металлов им. М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук (Екатеринбург) и Университета Корё (Сеул, Южная Корея) нашли Для повышения эффективности спинтронного ТГц-излучателя, состоящего из ферромагнитного слоя кобальта и немагнитного слоя платины, нужно создать между ними промежуточный слой с постепенным переходом от кобальта к платине. Такой интерфейс удалось получить методом магнетронного распыления сплавов кобальта и платины разных составов, сохранив при этом кристаллическую структуру промежуточного слоя.
Сверхкороткие лазерные импульсы направляли на образец, и измеряли временной профиль генерируемого излучения ТГц. Для сравнения ученые провели измерения со стандартным излучателем с резким переходом между слоями металлов. Эксперимент показал, что градиентный слой почти в два раза увеличил эффективность преобразования энергии лазерного импульса в излучение ТГц по сравнению с традиционными структурами без плавного перехода между слоями.
Такой результат обусловлен тем, что через градиентный слой лучше проходит спиновый ток, возникающий при сверхбыстром размагничивании кобальта под воздействием лазерных импульсов. По этой причине слой платины, преобразующий спиновой ток, испускает более мощные импульсы ТГц-излучения.
«Ранее уже исследовались Структуры спинтронных излучателей с постепенным переходом от кобальта к платину. проводились Исследования направлены на определение наилучшей толщины слоев в подобных структурах. По нашей информации, до сих пор отсутствовало объяснение усиления излучения в терагерцовом диапазоне при гладком интерфейсе в таких системах. Наши выводы о механизмах, приводящих к повышению эффективности ТГц-излучателя, позволят оптимизировать существующие структуры. — говорит участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Леонид Шелухин, научный сотрудник ФТИ имени А.Ф. Иоффе.
Пресс-служба Российского научного фонда предоставила информацию и фото.