In de toekomst, ultrasnelle spintronica vereist een ultrasnelle omkering van coherente magnetisatie binnen een picoseconde - een biljoenste van een seconde. Spintronica concentreert zich op de spin en het magnetische moment van een elektron in solid-state apparaten. Hoewel dit uiteindelijk kan worden bereikt via bestraling met een bijna monocyclische terahertz-puls, de kleine verandering van magnetisatie, of modulatie, het genereert heeft tot dusver elke praktische toepassing van deze techniek verhinderd.

Over het algemeen, de component "magnetisch veld" van een terahertz-puls wordt beschouwd als de oorsprong van de coherente terahertz-respons van de magnetisatie. Maar, zoals een groep onderzoekers van de Universiteit van Tokyo eerder ontdekte, de component "elektrisch veld" van een terahertz-puls speelt een sleutelrol in de terahertz-magnetisatiemodulatie van op halfgeleiders gebaseerde ferromagnetische materialen.

Nu rapporteert de groep in het journaal Technische Natuurkunde Brieven , dat hun eerste ontdekking hen inspireerde om ferromagnetische nanodeeltjes te verkennen die zijn ingebed in een halfgeleider. Hun theorie was dat het elektrische veld van de terahertz-puls effectief op elk nanodeeltje kon worden toegepast vanwege het kleine energieverlies van de terahertz-puls tijdens zijn voortplanting door een halfgeleider.

"Tot nu, ferromagnetische metaalfilms zijn gebruikt voor studies over de terahertz-modulatie van de magnetisatie, " zei Shinobu Ohya, een universitair hoofddocent aan de Universiteit van Tokio. "De tot nu toe gerapporteerde modulatieverhouding was doorgaans minder dan ~ 1 procent van de verzadigingsmagnetisatie."

Om hun theorie te testen, de groep gebruikte een 100 nanometer dikke halfgeleider galliumarsenide (GaAs) film ingebed met ferromagnetische mangaanarsenide (MnAs) nanodeeltjes. "Het kleine energieverlies van de terahertz-puls tijdens de voortplanting in onze film zorgt ervoor dat deze de film kan binnendringen. Dit betekent dat het sterke terahertz-elektrische veld - met een maximale intensiteit van 200 kilovolt / centimeter - uniform wordt toegepast op alle ferromagnetische nanodeeltjes , "zei Ohya. "Dit sterke elektrische veld induceert de grote magnetisatiemodulatie via de modulatie van de dragerdichtheid in de MnAs-nanodeeltjes, dankzij de spin-baan interactie."

De onderzoekers slaagden erin een grote modulatie tot 20 procent van de verzadigingsmagnetisatie te verkrijgen, en concludeerde ook dat de elektrische veldcomponent van de terahertz-puls een sleutelrol speelt in de grote modulatie.

"Onze resultaten zullen leiden tot een ultrasnelle omkering van coherente magnetisatie binnen een picoseconde, wat een essentiële techniek zal zijn voor ultrasnelle spintronica, " zei Ohya. "Ferromagnetische nanodeeltjessystemen zijn zeer veelbelovend voor het schakelen van magnetisatie met hoge snelheid met behulp van terahertz-pulsen."