Improvement of radiation efficiency of the wideband terahertz-emitter using the spintronics device

利用自旋电子器件提高宽带太赫兹发射器的辐射效率

基本信息

批准号：
20K04599
负责人：
北原英明
金额：
$ 2.75万
依托单位：
University of Fukui
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

磁性金属と非磁性金属のヘテロ構造(スピントロニック素子)をフェムト秒レーザーで光励起することで誘起される超高速のスピン流を起源とするテラヘルツ(THz)放射は、超広帯域特性や広い励起波長で利用可能なことから、新しいTHz波放射機構として注目を集めている。しかし、その励起パワー当たりの放射効率が低いため、実用的なTHz波放射素子として利用されるまでには至っていない。本研究では、高効率なスピントロニックアンテナを開発するため、（ａ）高スピン流ー電流変換効率の得られる金属の組み合わせの探索、（ｂ）金属ヘテロ構造の最適化と作製技術の開発、並びに（ｃ）高効率なTHz放射器の作製を念頭に研究を進めてきた。（ａ）については磁性金属/非磁性金属の組み合わせについての議論を行ったが、既に多数の金属元素の組み合わせが提案されている状況であることから現状で独自の組み合わせ提案は難しく、継続で検討する事となった。（ｂ）については事業者及び共同研究者に依頼して複数のサンプルを作製し最適化を行った。その結果、これまでの報告と若干異なるがよく似た最適値が得られた。（ｃ）としてスピントロニックエミッタ上に金をアンテナパターン状に数百nmの厚さで作製することで放射効率の向上を図ったアンテナを作製した。次年度実験を行い放射特性を調べる予定である。また、スピントロニックエミッタの検出感度向上を目指して磁気変調アンテナマウントを製作した。光チョッパなどの機械的な機器を使用せず、電気的に正負の交流磁場を印加することができるようになったため、これまでの2倍の振幅で検出することが可能となった。この成果は「2022年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会」及び「第70回応用物理学会春季学術講演会」にて報告を行った。

Terahertz（THZ）辐射源自通过使用飞秒激光的磁性和非磁性金属异质结构（Spintronic元素）引起的超高速度自旋电流，它可以作为新的THZ波发射机制引起人们的注意，因为它可以在Ultra-Wideband Bandbers发射机制中使用。但是，由于每个抽水功率的辐射效率较低，因此尚未用作实用的THZ波发射元件。在这项研究中，为了开发高效的自旋天线，我们一直在研究（a）搜索具有高自旋电流转换效率的金属组合，（b）开发用于优化和制造金属异质结构的技术，以及（c）制造高效的THZ Emitters。关于（a），我们讨论了磁/非磁金属的组合，但是由于已经提出了许多金属元素，因此目前很难提出独特的组合，我们决定继续考虑它。对于（b），我们要求操作员和合作者准备多个样本并优化它们。结果，获得了与先前报告的最佳值略有不同。 AS（c），通过在厚度为几百nm的Spintronic Imitter上以天线图案制造金，从而用辐射效率提高了天线。我们计划明年进行一项实验以研究辐射特征。此外，制造了磁调制天线安装座，目的是提高自旋发射极的检测灵敏度。由于现在可以在不使用机械设备（例如光学斩波器）的情况下应用电流和负交替的电流磁场，因此现在可以以前一个振幅的两倍来检测它们。该结果在2022年日本的物理学会Hokuriku分支机构定期学术演讲和第70春季学术讲座上进行了报道。