Новое 2D-устройство на основе металлогидридов обеспечивает точный контроль терагерцевого излучения

Исследователи использовали двухмерные гибридные металлогидриды в устройстве, позволяющем направленное управление терагерцевым излучением, генерируемым спинтронной схемой. Устройство имеет лучшую сигнальную эффективность, чем традиционные генераторы ТГц, и при этом тоньше, легче и дешевле в производстве.

Терагерцы (ТГц) относятся к части электромагнитного спектра (частоты от 100 ГГц до 10 ТГц) между микроволнами и оптическим диапазоном. ТГц-технологии проявили перспективы для приложений от более быстрых вычислений и коммуникаций до чувствительного детекционного оборудования. Однако создание надежных ТГц-устройств было сложно из-за их размера, стоимости и неэффективности преобразования энергии.

"Идеально, ТГц-устройства будущего должны быть легкими, дешевыми и надежными, но этого было трудно достичь с текущими материалами", — говорит Дали Сан, доцент физики в Северокаролинском государственном университете. "В этой работе мы обнаружили, что 2D гибридный металлогидрид, обычно используемый в солнечных элементах и диодах, в сочетании со спинтроникой, может удовлетворить несколько из этих требований".

Речь идет о популярном и коммерчески доступном синтетическом гибридном полупроводнике: бутиламмоний свинец йод. Спинтроника относится к управлению спином электрона, а не только его зарядом, для создания энергии.

Сан и коллеги из Аргоннской национальной лаборатории, Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и Оклендского университета создали устройство, которое слоисто наложило 2D гибридные металлогидриды с ферромагнитным металлом, затем возбудило его лазером, создав ультрабыстрый спиновый ток, который в свою очередь генерировал ТГц-излучение.

Команда обнаружила, что не только 2D-устройство на основе металлогидридов превосходит по производительности более крупные, тяжелые и дорогие ТГц-излучатели, используемые сейчас, но и свойства 2D гибридного металлогидрида позволили им контролировать направление ТГц-передачи.

"Традиционные ТГц-передатчики основывались на ультрабыстром фототоке", — говорит Сан. "Но спинтронно-генерационные излучения производят более широкую полосу ТГц-частот, а направление ТГц-излучения можно контролировать, изменяя скорость лазерного импульса и направление магнитного поля, что, в свою очередь, влияет на взаимодействие магнонов, фотонов и спинов и позволяет нам направленное управление".

Сан считает, что эта работа может стать первым шагом в исследовании 2D гибридных металлогидридных материалов в целом как потенциально полезных в других спинтронных приложениях.

"Использованное здесь 2D-устройство на основе металлогидрида меньше и экономнее в производстве, надежно и хорошо работает при более высоких температурах", — говорит Сан. "Это предполагает, что 2D гибридные металлогидридные материалы могут оказаться превосходными по сравнению с текущими конвенциональными полупроводниковыми материалами для ТГц-приложений, которые требуют сложных методов осаждения, более подверженных дефектам".