科学家研究嵌入半导体铁磁纳米粒子系统

宗华

未来，超高速自旋电子学将需要皮秒（1万亿分之一秒）内的超快相干磁化逆转。自旋电子学主要研究固态器件中电子的自旋和磁矩。虽然这最终可能通过使用单环太赫兹脉冲的辐照实现，但它产生的磁化强度或调制的微小变化，迄今为止阻碍了这项技术的任何实际应用。

一般认为，太赫兹脉冲的“磁场”组分是磁化相干太赫兹响应的起源。不过，正如日本东京大学研究人员此前发现的，太赫兹脉冲的“电场”组分在半导体铁磁材料的太赫兹磁化调制中起着关键作用。

如今，该团队称，他们最初的发现为其研究嵌入半导体的铁磁性纳米颗粒提供了灵感。他们的理论是，太赫兹脉冲在半导体中传播时能量损耗很小，因此太赫兹脉冲的电场可有效应用于每个纳米粒子。

为验证这一理论，研究团队使用了一种100纳米厚的半导体砷化镓薄膜。薄膜中嵌入了磁性砷化锰（MnAs）纳米颗粒。

“太赫兹脉冲在我们的薄膜中传播时能量损耗很小，从而使其得以穿透薄膜。这意味着强太赫兹电场——最大强度为200千伏/厘米——被均勻地应用于所有的铁磁性纳米粒子。”东京大学副教授Ohya Shinobu介绍说，“由于自旋—轨道相互作用，这种强电场通过调制MnAs纳米颗粒中的载流子密度诱导大磁化调制。”

研究人员成功获得了饱和磁化强度达20%的大调制，并且提出，太赫兹脉冲的电场组分在大调制中起着关键作用。

“我们的研究结果将带来皮秒内的超快相干磁化逆转，而这将是超高速自旋电子学的一项重要技术。”Ohya说。