Onderzoekers hebben tweedimensionale hybride metaalhalogeniden gebruikt in een apparaat dat directionele controle mogelijk maakt van terahertz-straling die wordt gegenereerd door een spintronisch schema. Het apparaat heeft een betere signaalefficiëntie dan conventionele terahertz-generatoren, en is dunner, lichter en goedkoper te produceren.

Terahertz (THz) verwijst naar het deel van het elektromagnetische spectrum (d.w.z. frequenties tussen 100 GHz en 10 THz) tussen microgolf en optisch, en THz-technologieën zijn veelbelovend gebleken voor toepassingen variërend van snellere computers en communicatie tot gevoelige detectieapparatuur. Echter, het creëren van betrouwbare THz-apparaten was een uitdaging vanwege hun grootte, kosten- en energieconversie-inefficiëntie.

"Ideaal, THz-apparaten van de toekomst moeten lichtgewicht zijn, goedkoop en robuust, maar dat was moeilijk te bereiken met de huidige materialen, " zegt Dali Sun, assistent-professor natuurkunde aan de North Carolina State University en co-corresponderende auteur van het werk. "In dit werk, we ontdekten dat een 2-D hybride metaalhalogenide dat gewoonlijk wordt gebruikt in zonnecellen en diodes, in combinatie met spintronica, kan aan een aantal van deze eisen voldoen."

Het 2D-hybride metaalhalogenide in kwestie is een populaire en in de handel verkrijgbare synthetische hybride halfgeleider:butylammonium-loodjodium. Spintronica verwijst naar het regelen van de spin van een elektron, in plaats van alleen zijn lading te gebruiken, om energie op te wekken.

Sun en collega's van Argonne National Laboratories, de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill en Oakland University hebben een apparaat gemaakt dat de 2-D hybride metaalhalogeniden gelaagde met een ferromagnetisch metaal, vervolgens opgewonden met een laser, het creëren van een ultrasnelle spinstroom die op zijn beurt THz-straling genereerde.

Het team ontdekte dat niet alleen het 2-D hybride metaalhalogenide-apparaat beter presteerde dan groter, zwaarder en duurder om THz-zenders te produceren die momenteel in gebruik zijn, ze ontdekten ook dat de eigenschappen van de 2-D hybride metaalhalogenide hen in staat stelden de richting van de THz-transmissie te regelen.

"Traditionele terahertz-zenders waren gebaseerd op ultrasnelle fotostroom, " zegt Sun. "Maar door spintronica gegenereerde emissies produceren een grotere bandbreedte van THz-frequentie, en de richting van de THz-emissie kan worden geregeld door de snelheid van de laserpuls en de richting van het magnetische veld te wijzigen, die op zijn beurt de interactie van magnonen beïnvloedt, fotonen, en draait en geeft ons richtingscontrole."

Sun is van mening dat dit werk een eerste stap zou kunnen zijn in het verkennen van 2-D hybride metaalhalogenidematerialen die over het algemeen als potentieel bruikbaar zijn in andere spintronische toepassingen.

"Het hier gebruikte 2D-hybride op metaalhalogenide gebaseerde apparaat is kleiner en zuiniger om te produceren, is robuust en werkt goed bij hogere temperaturen, "Sun zegt. "Dit suggereert dat 2-D hybride metaalhalogenidematerialen superieur kunnen zijn aan de huidige conventionele halfgeleidermaterialen voor THz-toepassingen. die geavanceerde depositiebenaderingen vereisen die vatbaarder zijn voor defecten.

"We hopen dat ons onderzoek een veelbelovend testbed zal lanceren voor het ontwerpen van een breed scala aan laagdimensionale hybride metaalhalogenidematerialen voor toekomstige op oplossingen gebaseerde spintronische en spin-opto-elektronische toepassingen."

Het werk verschijnt in Natuurcommunicatie .