Nel futuro, la spintronica ad altissima velocità richiederà un'inversione di magnetizzazione coerente ultraveloce entro un picosecondo, un trilionesimo di secondo. La spintronica è incentrata sullo spin di un elettrone e sul momento magnetico nei dispositivi a stato solido. Sebbene ciò possa eventualmente essere ottenuto tramite irradiazione con un impulso terahertz quasi monociclico, il piccolo cambiamento di magnetizzazione, o modulazione, genera ha finora impedito qualsiasi applicazione pratica di questa tecnica.

In genere, la componente "campo magnetico" di un impulso terahertz è considerata l'origine della risposta terahertz coerente della magnetizzazione. Ma, come scoperto in precedenza da un gruppo di ricercatori dell'Università di Tokyo, la componente "campo elettrico" di un impulso terahertz gioca un ruolo chiave nella modulazione della magnetizzazione terahertz di materiali ferromagnetici a base di semiconduttori.

Ora il gruppo riferisce sul giornale Lettere di fisica applicata , che la loro scoperta iniziale li ha ispirati a esplorare le nanoparticelle ferromagnetiche incorporate all'interno di un semiconduttore. La loro teoria era che il campo elettrico dell'impulso terahertz potesse essere efficacemente applicato a ciascuna nanoparticella a causa della piccola perdita di energia dell'impulso terahertz durante la sua propagazione attraverso un semiconduttore.

"Fino ad ora, film metallici ferromagnetici sono stati utilizzati per studi sulla modulazione terahertz della magnetizzazione, " disse Shinobu Ohya, professore associato presso l'Università di Tokyo. "Il rapporto di modulazione riportato finora è stato in genere inferiore all'1% circa della magnetizzazione di saturazione".

Per testare la loro teoria, il gruppo ha utilizzato un film di arseniuro di gallio (GaAs) semiconduttore dello spessore di 100 nanometri incorporato con nanoparticelle di arseniuro di manganese ferromagnetico (MnAs). "La piccola perdita di energia dell'impulso terahertz durante la propagazione nel nostro film gli consente di penetrare nel film. Ciò significa che il forte campo elettrico terahertz, con un'intensità massima di 200 kilovolt/centimetro, viene applicato uniformemente a tutte le nanoparticelle ferromagnetiche , " ha detto Ohya. "Questo forte campo elettrico induce la grande modulazione della magnetizzazione attraverso la modulazione della densità di portatori nelle nanoparticelle di MnAs, grazie all'interazione spin-orbita."

I ricercatori sono riusciti a ottenere un'ampia modulazione fino al 20 percento della magnetizzazione di saturazione, e ha anche concluso che la componente del campo elettrico dell'impulso terahertz gioca un ruolo chiave nella grande modulazione.

"I nostri risultati porteranno a un'inversione di magnetizzazione coerente ultraveloce entro un picosecondo, che sarà una tecnica essenziale per la spintronica ad altissima velocità, " ha detto Ohya. "I sistemi di nanoparticelle ferromagnetiche sono estremamente promettenti per la commutazione della magnetizzazione ad alta velocità utilizzando impulsi terahertz".