Materialvetenskapen ett strå vassare med ny metod

Uppsalafysiker har i ett internationellt samarbete tagit fram en ny metod för att skapa laserpulser som är kortare, har mycket högre intensitet och täcker THz-frekvensområdet bättre än nuvarande källor. Studien publiceras idag i den välrenommerade tidskriften Nature Photonics och är av stor betydelse för materialforskningen.

- Många intressanta dynamiska fenomen inom materialvetenskap sker inom det så kallade terahertzspektrala området, men det har hittills varit svårt att generera så korta pulser, säger Pablo Maldonado, en av forskarna bakom studien.

THz-området har blivit allt viktigare inom forskning och teknologi eftersom många dynamiska processer som t ex molekylvibrationer eller magnetiska spinn-vågor vanligen vibrerar med THz-frekvenser. Det är grunden för många viktiga tillämpningar av THz-strålning i medicinisk diagnostik, säkerhetsscanning på flygplatser, molekylsensorer, eller även i trådlös kommunikation. Det har dock varit svårt att realisera THz-källor som täcker hela frekvensdomänen och levererar ultrakorta pulser med tillräckligt intensitet.

I ett samarbete med forskare från Tyskland, Frankrike och USA har nu forskare från Uppsala universitet, Pablo Maldonado och Peter Oppeneer, utvecklat en ny THz-laseremitter som har bättre egenskaper än alla hittills kända sådana. Den bygger på principer som härstammar från ultrasnabb spinntransport, utvecklat av Uppsalafysiker.

Ultrasnabba supra-diffusions-spinnströmmar genereras genom laser-excitation i ett nanometertunt metallskikt och rör sig inom mindre än en pikosekund (10 upphöjt till -12 sekunder) genom skikten. Där inducerar de extremt kortlevande laddningsströmmar som emitterar intensiv THz-strålning med pulsbredden kortare än 0.5 pikosekund. För att hitta den bästa THz-emittern undersökte forskarna fler än 70 olika metalliska tunnskiktssystem. Den består av tre olika metallskikt som är sammanlagt mindre än sex nanometer tjockt.

– Det var glädjande att vår teori om ultrasnabba spinnströmmar kunde användas på det sättet och att vi inte bara kan förklara hur spinnströmmarna genereras, utan också hur man kan tillämpa dem för att skapa briljanta THz-laserpulser, berättar Pablo Maldonado.

Artikelreferens:
“Efficient metallic spintronic emitters of ultrabroadband terahertz radiation”
T. Seifert1, S. Jaiswal2,3, U. Martens4, J. Hannegan5, L. Braun1, P. Maldonado6, F. Freimuth7,
A. Kronenberg2, J. Henrizi2, I. Radu8, E. Beaurepaire9, Y. Mokrousov7, P.M. Oppeneer6, M. Jourdan2, G. Jakob2, D. Turchinovich10, L.M. Hayden5, M. Wolf1, M. Münzenberg4, M. Kläui2, T. Kampfrath1

För mer information kontakta: Pablo Maldonado, forskare vid institutionen för fysik och astronomi, på 018-471 3166, 073 7293879 eller Pablo.Maldonado@physics.uu.se