یک پژوهش نظری توضیح می دهد چرا وقتی پالس لیزر یک لایه نازک مغناطیسی را مغناطیس زدایی می کند، تابش تراهرتز گسیل می شود.

در سال 1996، فیزیکدانان مشاهده شگفت انگیزی کردند که وقتی یک لایه نازک از نیکل فرومغناطیس تحت تابش پالس لیزرهای فوق سریع قرار بگیرد، مغناطش خود را از دست می دهد. پژوهش بعدی نشان داد طی این مغناطیس زدایی جریان های بار و اسپین جفت شده تولید می شوند که این فرآیند، تابش تراهرتز قابل تشخیصی را گسیل می کند. جلیل وارِلا مانجارِس Jalil Varela-Mnjarres و همکارانش در دانشگاه دلاویر اکنون همه این نتایج را با مدلی که جزئیات تابش تراهرتز را توضیح می دهد، گره زده اند[1]. دستاورد آنها می تواند برای فناوری های تابش تراهرتز و قطعات اسپینترونیکی به کار گرفته شود.

وقتی که یک پالس لیزر فمتو ثانیه با یک لایه نازک فرومغناطیس برخورد می کند، از دست رفتن مغناطیس رخ می دهد چون میدان الکتریکی لیزر هم ترازی اسپین الکترون ها را به هم می زند. به نظر می رسد این فرآیند یک جریان اسپینی جفت شده با میدان الکتریکی ایجاد می کند. اگر لایه فرومغناطیس در تماس با یک فلز غیر مغناطیسی باشد، جریان اسپینی باید یک جریان بار عمود در لایه غیر مغناطیسی القا کند. تصور میشد تابش تراهرتز مشاهده شده در آزمایش ها را این جریان بار ایجاد می کند، اما جزئیات این ساز و کار یک معما بوده است.

وارلا مانجارس و همکارانش قبلا داده های آزمایشگاهی منتشر شده را با استفاده از یک نسخه از نظریه ترابرد کوانتومی که آنها برای این منظور اتخاذ کردند، آنالیز کرده بودند. آنها جریانهای بار و اسپین را که در پاسخ به میدان الکتریکی یک پالس لیزر فوق سریع جاری خواهند شد، محاسبه کردند و تابش الکترومغناطیسی ای که آن جریانها تولید خواهند کرد را تخمین زدند.

پژوهشگران دریافتند تابش تراهرتز نه تنها توسط جریان بار القا شده درون لایه غیر مغناطیسی، بلکه توسط یک جریان بار دیگر که در خود لایه فرومغناطیس به واسطه فرآیند مغناطیس زدایی برانگیخته شده، تولید می شود . آنها می گویند که یک آزمایش شامل لایه فرومغناطیسی که بین دو لایه غیر مغناطیسی قرار گرفته می تواند "مدرک جرم" تایید کننده مدل آنها را فراهم کند.

1. J. Varela-Manjarres et al., “Charge and spin current pumping by ultrafast demagnetization dynamics,” Phys. Rev. B 110, L060410 (2024).

منبع:

How Demagnetization Drives Terahertz Emissions