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 помощью современных материалов», — говорит Дали Сан, доцент физики в Университете штата Северная Каролина и соавтор Работа. «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.Сан и его коллеги из Аргоннских национальных лабораторий, Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и Оклендского университета создали устройство, которое наслаивает двухмерные гибридные галогениды металлов с ферромагнитным металлом, а затем возбуждает его лазером, создавая сверхбыстрый спиновой ток, который, в свою очередь, генерирует ТГц излучение.Команда обнаружила, что не только двумерное гибридное металлогалогенное устройство превосходит более крупные, тяжелые и более дорогие для производства используемых в настоящее время терагерцовых излучателей, они также обнаружили, что свойства двумерного гибридного металлогалогенида позволяют им управлять направлением передачи ТГц.
«Традиционные терагерцовые передатчики основывались на сверхбыстром фототоке», — говорит 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 вращается и позволяет нам управлять направлением ".Sun 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 по размеру и более экономично в производстве, оно надежно и хорошо работает при более высоких температурах», — говорит Сан. «Это говорит о том, что 2D-гибридные металлогалогенные материалы могут оказаться лучше нынешних обычных полупроводниковых материалов для ТГц-приложений, которые требуют сложных подходов к осаждению, которые более подвержены дефектам.«Мы надеемся, что наше исследование запустит многообещающий стенд для разработки широкого спектра низкоразмерных гибридных металлогалогенных материалов для будущих приложений спинтроники и спин-оптоэлектроники».
Работа опубликована в Nature Communications и поддерживается Национальным научным фондом в рамках гранта ECCS-1933297. Постдокторант Канкан Конг из Аргоннской национальной лаборатории, бывший аспирант штата Северная Каролина Эрик Веттер из Университета штата Северная Каролина и постдокторант Лян Ян из UNC-CH являются соавторами.
Хайден Вэнь, физик из Аргоннской национальной лаборатории, Вэй Ю, профессор химии в UNC-CH, и Вэй Чжан, доцент Оклендского университета, являются соавторами-корреспондентами исследования.