Zweidimensionales Hybrid-Metallhalogenidgerät ermöglicht die Kontrolle von Terahertz-Emissionen

Forscher haben zweidimensionale Hybrid-Metallhalogenide in einem Gerät verwendet, das die Richtungssteuerung von Terahertz-Strahlung ermöglicht, die durch ein Spintronik-Schema erzeugt wird. Das Gerät hat eine bessere Signaleffizienz als herkömmliche Terahertz-Generatoren und ist dünner, leichter und kostengünstiger in der Herstellung.

Terahertz (THz) bezieht sich auf den Teil des elektromagnetischen Spektrums (Frequenzen zwischen 100 GHz und 10 THz) zwischen Mikrowelle und optisch. THz-Technologien haben sich für Anwendungen als vielversprechend erwiesen, die von schnellerer Datenverarbeitung und Kommunikation bis hin zu empfindlichen Detektionsgeräten reichen. Die Entwicklung zuverlässiger THz-Geräte war jedoch aufgrund ihrer Größe, Kosten und Ineffizienz bei der Energieumwandlung eine Herausforderung.

„Idealerweise sollten THz-Geräte der Zukunft leicht, kostengünstig und robust sein, aber das war mit aktuellen Materialien schwer zu erreichen“, sagte Dali Sun, Assistenzprofessor für Physik an der North Carolina State University. „In dieser Arbeit fanden wir heraus, dass ein 2D-Hybrid-Metallhalogenid, das häufig in Solarzellen und Dioden verwendet wird, in Verbindung mit Spintronik mehrere dieser Anforderungen erfüllen kann.“

Das fragliche 2D-Hybrid-Metallhalogenid ist ein beliebter und kommerziell erhältlicher synthetischer Hybridhalbleiter:Butylammonium-Blei-Jod. Spintronik bezieht sich auf die Steuerung des Spins eines Elektrons, anstatt nur seine Ladung zu nutzen, um Energie zu erzeugen.

Sun und Kollegen von den Argonne National Laboratories, der University of North Carolina in Chapel Hill und der Oakland University entwickelten ein Gerät, das die 2D-Hybrid-Metallhalogenide mit einem ferromagnetischen Metall schichtete, es dann mit einem Laser anregte und einen ultraschnellen Spinstrom erzeugte, der wiederum erzeugt wurde THz-Strahlung.

Das Team stellte fest, dass das 2D-Hybrid-Metallhalogenid-Gerät nicht nur die derzeit verwendeten größeren, schwereren und teurer herzustellenden THz-Emitter übertraf, sondern auch, dass die Eigenschaften des 2D-Hybrid-Metallhalogenids es ihnen ermöglichten, die Richtung des zu steuern THz-Übertragung.

„Herkömmliche Terahertz-Sender basierten auf ultraschnellem Photostrom“, sagte Sun. „Aber durch Spintronik erzeugte Emissionen erzeugen eine größere Bandbreite von THz-Frequenzen, und die Richtung der THz-Emission kann gesteuert werden, indem die Geschwindigkeit des Laserpulses und die Richtung des Magnetfelds modifiziert werden, was wiederum die Wechselwirkung von Magnonen und Photonen beeinflusst und dreht sich und ermöglicht uns die Richtungskontrolle.“

Sun glaubt, dass diese Arbeit ein erster Schritt zur Erforschung von 2D-Hybrid-Metallhalogenidmaterialien sein könnte, die allgemein als potenziell nützlich für andere Spintronik-Anwendungen gelten könnten.

„Das hier verwendete 2D-Hybrid-Metallhalogenid-basierte Gerät ist kleiner und kostengünstiger herzustellen, robust und funktioniert gut bei höheren Temperaturen“, sagte Sun. „Dies deutet darauf hin, dass sich 2D-Hybrid-Metallhalogenidmaterialien als überlegen gegenüber aktuellen konventionellen Halbleitermaterialien für THz-Anwendungen erweisen könnten, die ausgeklügelte Abscheidungsansätze erfordern, die anfälliger für Defekte sind.“