À l'avenir, la spintronique ultrarapide nécessitera une inversion de l'aimantation cohérente ultrarapide en une picoseconde – un billionième de seconde. La spintronique est centrée sur le spin et le moment magnétique d'un électron dans les dispositifs à semi-conducteurs. Bien que cela puisse éventuellement être réalisé par irradiation avec une impulsion térahertz presque monocyclique, le petit changement de magnétisation, ou modulation, qu'elle engendre a jusqu'à présent empêché toute application pratique de cette technique.

Généralement, la composante "champ magnétique" d'une impulsion térahertz est considérée comme l'origine de la réponse térahertz cohérente de l'aimantation. Mais, comme un groupe de chercheurs de l'Université de Tokyo l'a déjà découvert, la composante "champ électrique" d'une impulsion térahertz joue un rôle clé dans la modulation de l'aimantation térahertz des matériaux ferromagnétiques à base de semi-conducteurs.

Maintenant, le groupe rapporte dans le journal Lettres de physique appliquée , que leur découverte initiale les a inspirés à explorer des nanoparticules ferromagnétiques intégrées dans un semi-conducteur. Leur théorie était que le champ électrique de l'impulsion térahertz pouvait être appliqué efficacement à chaque nanoparticule en raison de la faible perte d'énergie de l'impulsion térahertz lors de sa propagation à travers un semi-conducteur.

"Jusqu'à maintenant, des films métalliques ferromagnétiques ont été utilisés pour des études sur la modulation térahertz de l'aimantation, " dit Shinobu Ohya, professeur agrégé à l'Université de Tokyo. "Le taux de modulation signalé jusqu'à présent a généralement été inférieur à ~ 1% de la magnétisation de saturation."

Pour tester leur théorie, le groupe a utilisé un film semi-conducteur d'arséniure de gallium (GaAs) de 100 nanomètres d'épaisseur incrusté de nanoparticules d'arséniure de manganèse ferromagnétique (MnAs). "La faible perte d'énergie de l'impulsion térahertz lors de la propagation dans notre film lui permet de pénétrer dans le film. Cela signifie que le fort champ électrique térahertz - avec une intensité maximale de 200 kilovolts/centimètre - est appliqué uniformément à toutes les nanoparticules ferromagnétiques , " a déclaré Ohya. " Ce fort champ électrique induit la grande modulation de l'aimantation via la modulation de la densité de porteurs dans les nanoparticules de MnAs, grâce à l'interaction spin-orbite."

Les chercheurs ont réussi à obtenir une grande modulation allant jusqu'à 20 pour cent de l'aimantation de saturation, et a également conclu que la composante de champ électrique de l'impulsion térahertz joue un rôle clé dans la grande modulation.

"Nos résultats conduiront à une inversion de l'aimantation cohérente ultrarapide en une picoseconde, qui sera une technique essentielle pour la spintronique ultra-rapide, " Ohya a déclaré. " Les systèmes de nanoparticules ferromagnétiques sont extrêmement prometteurs pour la commutation de magnétisation à grande vitesse à l'aide d'impulsions térahertz. "