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轨道电流能传播地更远——一种有前途的新型超快数据处理通道
发布时间:2023-11-02 18:31:53 阅读:551

来源:柏林自由大学(Free University of Berlin);电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 李博扬 编译

光触发太赫兹轨道角动量流。在镍(Ni)层的超快激光激发下,Ni层产生过量磁化,导致轨道角动量μ_L的积累和轨道电流j_L注入钨(W)层。在背面,界面轨道-电荷转换机制-逆轨道Rashba埃德尔斯坦效应(IOREE)-产生超快面内电荷电流j_C,其发射具有电场幅度E的太赫兹电磁脉冲。图片来源:Tom S. Seifert

    轨道电子学是近年来在量子信息技术中对电子轨道自由度进行调控的一个新兴研究领域。然而,迄今为止,明确探测轨道角动量的超快动力学一直具有挑战性。通过使用最先进的THz光谱学,来自柏林自由大学的科学家与国内和国际合作伙伴一起首次澄清了轨道极化电子的超快和远程流动。这项研究发表在《自然纳米技术》杂志上。令人惊讶的是,结果表明,存储在轨道自由度的信息占主导地位的周期约100倍长的信息存储在电子的第二个角动量通道-自旋自由度。这一发现标志着在轨道电子设备中以THz速率和低能量耗散进行数据处理的重要一步。

    轨道角动量流的时域观测

    “我们的方法产生和测量轨道角动量电流,使直接时域观察其传播和弛豫动力学与飞秒分辨率” Tom S. Seifert说,他是这项研究的第一作者,也是柏林自由大学太赫兹物理研究小组的项目负责人。在他们的工作中,研究人员使用飞秒激光脉冲激发Ni中的超快轨道角动量电流|W薄膜叠层,并测量了发射的太赫兹电磁脉冲。这些信息使他们能够以飞秒精度重建作为时间函数的轨道角动量通过钨的流动。“我们发现,钨中的轨道角动量电流以低速行进,但到达非常远的地方,”该研究的第二作者,位于Jülich的Peter-Grünberg研究所的理论物理学家Dongwook Go说。这种意想不到的行为也被从头算模拟再现,揭示了钨背表面对有效的轨道到电荷电流转换的关键作用。

    在飞行中解开自旋和轨道运输

    这项研究强调了宽带太赫兹发射光谱在解开自旋和轨道角动量传输以及基于其不同动力学的Hall-like和Rashba–Edelstein-like 转换过程中的作用。Seifert和他的同事发现,Ni是一个很好的轨道角动量源,而W是一个很好的轨道-电荷转换器。这些结果是朝着轨道角动量流的理想源和探测器的识别迈出的重要一步,这将极大地受益于准确的理论预测。“从长远来看,轨道角动量的太赫兹电流可以实现超快和低耗散的数据处理,这是未来技术的一个长期目标,”Tom S. Seifert说。

 
 

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