I framtiden, ultrahöghastighetsspintronik kommer att kräva ultrasnabb koherent magnetiseringsomkastning inom en pikosekund – en biljondels sekund. Spintronics koncentrerar sig på en elektronns spinn och magnetiska moment i solid state-enheter. Även om detta så småningom kan uppnås genom bestrålning med en nästan monocyklisk terahertz -puls, den lilla förändringen av magnetisering, eller modulering, den genererar har hittills förhindrat någon praktisk tillämpning av denna teknik.

Rent generellt, "magnetfältet" -komponenten i en terahertz -puls anses vara ursprunget till magnetiseringens koherenta terahertz -svar. Men, som en grupp forskare vid University of Tokyo tidigare upptäckt, "elektriska fält" -komponenten i en terahertz-puls spelar en nyckelroll i terahertz-magnetiseringsmoduleringen av halvledarbaserade ferromagnetiska material.

Nu rapporterar gruppen i journalen Bokstäver i tillämpad fysik , att deras första upptäckt inspirerade dem att utforska ferromagnetiska nanopartiklar inbäddade i en halvledare. Deras teori var att det elektriska fältet för terahertz-pulsen effektivt kunde appliceras på varje nanopartikel på grund av den lilla energiförlusten av terahertz-pulsen under dess utbredning genom en halvledare.

"Tills nu, ferromagnetiska metallfilmer har använts för studier av terahertz -moduleringen av magnetiseringen, "sa Shinobu Ohya, docent vid University of Tokyo. "Modulationsförhållandet som rapporterats hittills har vanligtvis varit mindre än ~1 procent av mättnadsmagnetiseringen."

För att testa deras teori, gruppen använde en 100 nanometer tjock halvledargalliumarsenid (GaAs) film inbäddad i ferromagnetiska manganarsenid (MnA) nanopartiklar. "Terahertz -pulsens lilla energiförlust under förökningen i vår film gör att den kan tränga in i filmen. Detta innebär att det starka terahertz elektriska fältet - med en maximal intensitet på 200 kilovolt/centimeter - appliceras enhetligt på alla ferromagnetiska nanopartiklar , "sa Ohya." Detta starka elektriska fält inducerar den stora magnetiseringsmodulationen via modulering av bärartätheten i MnAs nanopartiklar, tack vare spin-orbit-interaktionen. "

Forskarna lyckades få en stor modulering på upp till 20 procent av mättnadsmagnetiseringen, och drog också slutsatsen att den elektriska fältkomponenten i terahertz -pulsen spelar en nyckelroll i den stora moduleringen.

"Våra resultat kommer att leda till en ultrahög koherent magnetiseringsomvändning inom en picosekund, som kommer att vara en viktig teknik för ultrahöghastighets spintronik, "Ohya sa." Ferromagnetiska nanopartikelsystem är extremt lovande för höghastighetsmagnetiseringsbyte med terahertz-pulser. "