Tweedimensionaal hybride metaalhalide-apparaat maakt controle over Terahertz-emissies mogelijk

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 om te produceren.

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

"Idealiter zouden THz-apparaten van de toekomst lichtgewicht, goedkoop en robuust moeten zijn, maar dat is moeilijk te bereiken met de huidige materialen", zegt Dali Sun, assistent-professor natuurkunde aan de North Carolina State University. "In dit werk ontdekten we dat een 2D-hybride metaalhalogenide die vaak wordt gebruikt in zonnecellen en diodes, in combinatie met spintronica, aan verschillende van deze vereisten kan 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 te creëren.

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

Het team ontdekte dat het 2D-hybride metaalhalogenide-apparaat niet alleen beter presteerde dan de grotere, zwaardere en duurdere THz-stralers die momenteel in gebruik zijn, ze ontdekten ook dat de eigenschappen van het 2D-hybride metaalhalogenide hen in staat stelden de richting van de THz-transmissie.

"Traditionele terahertz-zenders waren gebaseerd op ultrasnelle fotostroom," zei Sun. "Maar door spintronica gegenereerde emissies produceren een grotere bandbreedte van THz-frequenties, en de richting van de THz-emissie kan worden gecontroleerd door de snelheid van de laserpuls en de richting van het magnetische veld te wijzigen, wat op zijn beurt de interactie van magnons, fotonen beïnvloedt , en draait, en geeft ons controle over de richting.”

Sun is van mening dat dit werk een eerste stap zou kunnen zijn in het verkennen van 2D hybride metaalhalogenidematerialen die over het algemeen als potentieel nuttig kunnen worden beschouwd 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", zei Sun. "Dit suggereert dat 2D-hybride metaalhalogenidematerialen superieur kunnen zijn aan de huidige conventionele halfgeleidermaterialen voor THz-toepassingen, die geavanceerde depositiebenaderingen vereisen die vatbaarder zijn voor defecten."