Spin-flip radiation sources based on magnetic point-contact arrays
基于磁点接触阵列的自旋翻转辐射源
基本信息
- 批准号:233759391
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:2013
- 资助国家:德国
- 起止时间:2012-12-31 至 2017-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The proposed project aims at the experimental demonstration of a novel physical phenomenon, namely spin-flip photo-emission, in nano-junctions between magnetic and non-magnetic materials. This effect has been predicted by theory but there is no direct experimental demonstration.The creation of a novel type of spin-electronics is one of the most intensively researched topics in solid-state physics. The unifying characteristic in the advancing field of spin-electronics is that the spin degree of freedom of the electron rather than its charge is exploited to achieve a specific device functionality. Recent developments aim at the investigation of magnetic nanoscale systems in highly non-equilibrium regimes. In such nanoscale, magnetic junctions some of the most important issues include the interaction of light and heat with spin-polarized and pure spin currents. In recent theoretical reports, A. Kadigrobov and R. Shekhter et al. proposed a novel type of radiation source, based on the creation of a spin-population inversion in magnetic, metallic point contacts. The basic idea is to inject a spin-polarized current from a ferromagnet in the energy-split spin-subbands of a normal metal or a dilute ferromagnet to create a spin-population inversion. This non-equilibrium spin-population inversion can decay via spin-flip transitions, which, under certain circumstances, results in the emission of photons, whose frequency is determined by the energy-splitting of the spin-subbands. Depending on the active material, the accessible frequency range covers both microwave (GHz) and THz radiation. According to the theory, these radiation sources would be highly tunable and of giant intensity compared to cutting-edge semiconductor devices. Hence, such devices would have enormous potential in numerous technical applications, e.g. communication electronics, data storage, optical sensing and programmable logic devices. However, presently the concept of spin-flip lasing in magnetic point contacts rests on theoretical predictions of the effect. The proposed project will provide a direct experimental demonstration of spin-flip photoemission in magnetic heterojunctions. We will fabricate and characterize point contact arrays between a ferromagnet and a normal metal or dilute ferromagnet. The critical parameters, where a spin-population inversion occurs are evaluated via transport spectroscopy measurements. Based on these information, spin-flip photoemission from point contact arrays in the GHz and THz range is stimulated and can be detected optically. The optical gain of the devices and spectral properties of the emitted radiation will then be studied in detail. Additionally, the proposed project will advance the theory of spin-flip lasing in magnetic heterojunctions and provide a detailed device model. These investigations are important contributions to the understanding of spin-dependent, non-equilibrium transport phenomena in nanoscopic, magnetic heterojunctions.
该项目旨在实验演示磁性和非磁性材料之间纳米结中的一种新物理现象,即自旋翻转光发射。这种效应已被理论预测,但没有直接的实验证明。新型自旋电子学的创造是固体物理学中研究最深入的课题之一。自旋电子学发展领域的统一特征是利用电子的自旋自由度而不是其电荷来实现特定的器件功能。最近的发展旨在研究高度非平衡状态下的磁性纳米级系统。在这种纳米级磁性结中,一些最重要的问题包括光和热与自旋极化和纯自旋电流的相互作用。在最近的理论报告中,A. Kadigrobov 和 R. Shekhter 等人。提出了一种新型辐射源,基于磁性金属点接触中自旋布居反转的产生。基本思想是从铁磁体注入自旋极化电流到普通金属或稀铁磁体的能量分裂自旋子带中,以产生自旋布居反转。这种非平衡自旋粒子数反转可以通过自旋翻转跃迁衰减,在某些情况下,这会导致光子发射,其频率由自旋子带的能量分裂决定。根据活性材料的不同,可访问的频率范围涵盖微波 (GHz) 和太赫兹辐射。根据该理论,与尖端半导体设备相比,这些辐射源具有高度可调性和巨大强度。因此,此类设备在许多技术应用中将具有巨大的潜力,例如通信电子、数据存储、光学传感和可编程逻辑器件。然而,目前磁点接触中自旋翻转激光的概念依赖于对该效应的理论预测。拟议的项目将提供磁性异质结中自旋翻转光电发射的直接实验演示。我们将制造并表征铁磁体与普通金属或稀释铁磁体之间的点接触阵列。通过传输光谱测量来评估发生自旋布居反转的关键参数。基于这些信息,在 GHz 和 THz 范围内点接触阵列的自旋翻转光电发射被激发并可以进行光学检测。然后将详细研究设备的光学增益和发射辐射的光谱特性。此外,拟议的项目将推进磁性异质结中自旋翻转激光的理论,并提供详细的器件模型。这些研究对于理解纳米级磁性异质结中自旋相关的非平衡输运现象做出了重要贡献。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Microwave-induced direct spin-flip transitions in mesoscopic Pd/Co heterojunctions
- DOI:10.1088/1367-2630/18/9/093045
- 发表时间:2016-09
- 期刊:
- 影响因子:3.3
- 作者:T. Pietsch;S. Egle;M. Keller;Hans Fridtjof-Pernau;F. Strigl;E. Scheer
- 通讯作者:T. Pietsch;S. Egle;M. Keller;Hans Fridtjof-Pernau;F. Strigl;E. Scheer
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Professorin Dr. Elke Scheer, since 9/2018其他文献
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