NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2015/nr-109-ultrasnelle-controle-over-elektrische-stroom-met-licht/

Geprint op :
19 december 2018
14:50:22

Het idee om niet alleen de lading maar ook de spin van elektronen te gebruiken in elektrische apparaten, spintronica, heeft geleid tot een revolutie in de opslag en verwerking van data. Essentieel hiervoor is spin-baankoppeling, de koppeling tussen de spin en beweging van elektronen. Onderzoekers aan de Radboud Universiteit hebben laten zien dat met behulp van ultrakorte laserpulsen en spin-baankoppeling een elektrisch stroompje op een ultrakorte tijdschaal gecreëerd kan worden in metallische structuren.

Het is al langer bekend dat circulair gepolariseerd licht als een effectief magnetisch veld op de spin van elektronen kan werken. In halfgeleiders met sterke spin-baankoppeling kan dit leiden tot een elektrische stroom. Daarbij is het ook van belang dat er sprake is van een asymmetrie, ofwel ruimtelijke symmetriebreking, in de elektron-orbitaal. Tot dusver was een dergelijk licht-geinduceerd effect niet waargenomen in metalen die vaak gebruikt worden voor spintronica en al helemaal niet op de extreem korte tijdschaal die haalbaar is met femtoseconde laserpulsen. Dit komt mede doordat metalen van zichzelf bijna nooit ruimtelijke symmetriebreking hebben. De experimentele aanpak

Om ruimtelijke symmetriebreking te krijgen, werden dunne metallische lagen gegroeid, waarbij aan het grensvlak tussen de metalen sprake is van symmetriebreking. De onderzochte preparaten bestonden uit ferromagnetisch kobalt met daarop een tweede laag van metalen met verschillende sterktes van spin-baankoppeling. Voor de ultrakorte tijdschaal werd gebruik gemaakt van korte laserpulsen en terahertz-stralingstechnieken.

Het resultaat
Het resultaat is dat het licht van de femtoseconde laserpuls inderdaad een stroom genereerde, waarvan de richting volledig afhing van de polarisatie van het invallende licht, de magnetisatie van het kobalt en de groeirichting van de structuur. Daarbij gaven de structuren met sterkere spin-baankoppeling sterkere signalen. Deze resultaten wijzen op de creatie van een ultrasnelle stroom (10-14 seconde) aan het grensvlak van de metallische structuren. Dit biedt nieuwe mogelijkheden voor ultrasnelle spintronica en nieuwe inzichten hoe licht op de spin van elektronen kan werken.

Publicatie
T.J. Huisman, et al. Femtosecond control of electric currents in metallic ferromagnetic heterostructures, accepted in Nature Nanotechnology (2016) doi:10.1038/nnano.2015.331.