Nouveau dispositif halogénure métallique 2D permet un contrôle précis de l'émission térahertz

Des chercheurs ont utilisé des halogénures métalliques hybrides bidimensionnels dans un dispositif qui permet un contrôle directionnel du rayonnement térahertz généré par un schéma spintronique. Le dispositif a une meilleure efficacité de signal que les générateurs térahertz conventionnels, et est plus fin, plus léger et moins coûteux à produire.

Le térahertz (THz) fait référence à la partie du spectre électromagnétique (fréquences entre 100 GHz et 10 THz) entre les micro-ondes et l'optique. Les technologies THz ont montré un potentiel pour des applications allant de l'informatique et les communications plus rapides aux équipements de détection sensibles. Cependant, la création de dispositifs THz fiables a été difficile en raison de leur taille, coût et inefficacité de conversion d'énergie.

« Idéalement, les dispositifs THz du futur devraient être légers, peu coûteux et robustes, mais cela a été difficile à atteindre avec les matériaux actuels », a déclaré Dali Sun, professeur adjoint de physique à l'Université d'État de Caroline du Nord. « Dans ce travail, nous avons découvert qu'un halogénure métallique hybride 2D couramment utilisé dans les cellules solaires et les diodes, en conjonction avec la spintronique, peut répondre à plusieurs de ces exigences. »

Le halogénure métallique hybride 2D en question est un semi-conducteur hybride synthétique populaire et commercialement disponible : l'iodure de butylammonium de plomb. La spintronique fait référence au contrôle du spin d'un électron, plutôt qu'à l'utilisation de sa charge seulement, afin de créer de l'énergie.

Sun et ses collègues des laboratoires nationaux d'Argonne, de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill et de l'Université d'Oakland ont créé un dispositif qui superposait les halogénures métalliques hybrides 2D avec un métal ferromagnétique, puis l'a excité avec un laser, créant un courant de spin ultra-rapide qui a à son tour généré un rayonnement THz.

L'équipe a découvert que non seulement le dispositif à halogénure métallique hybride 2D surpassait les émetteurs THz plus grands, plus lourds et plus coûteux à produire actuellement en usage, mais ils ont également découvert que les propriétés du halogénure métallique hybride 2D leur permettaient de contrôler la direction de la transmission THz.

« Les transmetteurs térahertz traditionnels étaient basés sur le photocourant ultra-rapide », a déclaré Sun. « Mais les émissions générées par spintronique produisent une bande passante plus large de fréquences THz, et la direction de l'émission THz peut être contrôlée en modifiant la vitesse de l'impulsion laser et la direction du champ magnétique, ce qui à son tour affecte l'interaction des magnons, photons et spins, et nous permet un contrôle directionnel. »

Sun croit que ce travail pourrait être une première étape dans l'exploration des matériaux halogénures métalliques hybrides 2D généralement comme potentiellement utiles dans d'autres applications spintroniques.

« Le dispositif basé sur halogénure métallique hybride 2D utilisé ici est plus petit et plus économique à produire, est robuste et fonctionne bien à des températures plus élevées », a déclaré Sun. « Cela suggère que les matériaux halogénures métalliques hybrides 2D pourraient s'avérer supérieurs aux matériaux semi-conducteurs conventionnels actuels pour les applications THz, qui nécessitent des approches de dépôt sophistiquées plus sujettes aux défauts. »