Les chercheurs ont utilisé des halogénures métalliques hybrides bidimensionnels dans un dispositif qui permet le contrôle directionnel du rayonnement térahertz généré par un schéma spintronique. L’appareil a une meilleure efficacité de signal que les générateurs térahertz conventionnels, et est plus mince, plus léger et moins coûteux à produire.
Le térahertz (THz) fait référence à la partie du spectre électromagnétique (c’est-à-dire les fréquences comprises entre 100 GHz et 10 THz) entre les micro-ondes et l’optique, et les technologies THz se sont révélées prometteuses pour des applications allant de l’informatique et des communications plus rapides aux équipements de détection sensibles. Cependant, la création de dispositifs THz fiables a été difficile en raison de leur taille, de leur coût et de l’inefficacité de la conversion d’énergie.
« Idéalement, les appareils THz du futur devraient être légers, peu coûteux et robustes, mais cela a été difficile à réaliser avec les matériaux actuels », déclare Dali Sun, professeur adjoint de physique à Université d’État de Caroline du Nord et co-auteur de l’ouvrage. “Dans ce travail, nous avons découvert qu’un halogénure de métal hybride 2D couramment utilisé dans les cellules solaires et les diodes, en conjonction avec la spintronique, peut répondre à plusieurs de ces exigences.”
L’halogénure métallique hybride 2D en question est un semi-conducteur hybride synthétique populaire et disponible dans le commerce : le butyl ammonium plomb iodé. La spintronique consiste à contrôler le spin d’un électron, plutôt que d’utiliser simplement sa charge, afin de créer de l’énergie.
Sun et ses collègues des Argonne National Laboratories, de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill et de l’Université d’Oakland ont créé un dispositif qui superpose les halogénures métalliques hybrides 2D avec un métal ferromagnétique, puis l’excite avec un laser, créant un courant de spin ultrarapide qui à son tour rayonnement THz généré.
L’équipe a découvert que non seulement le dispositif hybride 2D aux halogénures métalliques surpassait les émetteurs THz plus gros, plus lourds et plus coûteux actuellement utilisés, mais également que les propriétés de l’halogénure métallique hybride 2D leur permettaient de contrôler la direction de la transmission THz.
« Les émetteurs térahertz traditionnels étaient basés sur un photocourant ultrarapide », explique Sun. “Mais les émissions générées par la spintronique produisent une bande passante plus large de fréquence THz, et la direction de l’émission THz peut être contrôlée en modifiant la vitesse de l’impulsion laser et la direction du champ magnétique, ce qui affecte à son tour l’interaction des magnons, des photons , et tourne et nous permet un contrôle directionnel.
Sun pense que ce travail pourrait être une première étape dans l’exploration de matériaux aux halogénures métalliques hybrides 2D généralement potentiellement utiles dans d’autres applications spintroniques.
“Le dispositif hybride 2D à base d’halogénures métalliques utilisé ici est plus petit et plus économique à produire, est robuste et fonctionne bien à des températures plus élevées”, a déclaré Sun. «Cela suggère que les matériaux hybrides aux halogénures métalliques 2D peuvent s’avérer supérieurs aux matériaux semi-conducteurs conventionnels actuels pour les applications THz, qui nécessitent des approches de dépôt sophistiquées plus sensibles aux défauts.
« Nous espérons que nos recherches lanceront un banc d’essai prometteur pour la conception d’une grande variété de matériaux hybrides aux halogénures métalliques de faible dimension pour les futures applications de spintronique et de spin-optoélectronique basées sur des solutions. »
Référence : « Contrôle cohérent de l’émission térahertz spintronique asymétrique à partir d’halogénures métalliques hybrides bidimensionnels » par Kankan Cong, Eric Vetter, Liang Yan, Yi Li, Qi Zhang, Yuzan Xiong, Hongwei Qu, Richard D. Schaller, Axel Hoffmann, Alexander F Kemper, Yongxin Yao, Jigang Wang, Wei You, Haidan Wen, Wei Zhang et Dali Sun, 30 septembre 2021, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-021-26011-6
L’œuvre apparaît dans Communication Nature et est soutenu par la National Science Foundation sous la subvention ECCS-1933297. Le chercheur postdoctoral Kankan Cong du Laboratoire national d’Argonne, l’ancien étudiant diplômé de l’État de Caroline du Nord Eric Vetter de l’Université d’État de Caroline du Nord et le chercheur postdoctoral Liang Yan de l’UNC-CH sont les co-premiers auteurs. Haiden Wen, physicien au Laboratoire national d’Argonne, Wei You, professeur de chimie à l’UNC-CH et Wei Zhang, professeur agrégé à l’Université d’Oakland, sont les auteurs co-correspondants de la recherche.
