Найден новый способ управления терагерцовым излучением

Российские ученые предложили новый способ управления поляризацией терагерцового излучения. Метод проще аналогов, так как требует относительно слабых магнитных полей и нормальных температурных условий. Результаты работы актуальны для развития высокоскоростных коммуникационных технологий: увеличения скорости передачи информации для 6G Wi-Fi и развития сети когнитивного радио. Статья опубликована в журнале Scientific Reports.

«Управление поляризацией терагерцового излучения открывает новые функциональные возможности систем поляризационной микроскопии субмиллиметрового диапазона. Одной из перспективных областей применения разработки является беспроводная связь. По сравнению с микроволновым диапазоном использование такого излучения позволяет на порядок увеличить скорость передачи информации, в частности для 6G Wi-Fi. Для этих систем возможность управления поляризацией позволяет создавать как новые функциональные базовые элементы, так и новые коммуникационные технологии. Они включают энергоэффективную связь, сети когнитивного радио, которые могут настраиваться самостоятельно, и внутриполосный полнодуплексный режим, который позволит увеличить пропускную способность в два раза», — рассказывает руководитель проекта по гранту Российского научного фонда, президент МИРЭА — Российского технологического университета Александр Сигов.

Терагерцовое излучение — область электромагнитного излучения между инфракрасным и микроволновым диапазонами, его активно используют для разработки связи нового поколения, определения химического состава вещества и медицинской диагностики. Передача сигнала происходит обычно в линейно-поляризованном виде, когда электрическое поле волны колеблется вдоль одной линии в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Эффективное управление направлением поляризации необходимо для развития новых систем сверхбыстрой и сверхточной связи, однако большинство методов технологически сложные и дорогие. Ученые из РТУ МИРЭА, Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН и Института электроники, микроэлектроники и нанотехнологий (Лилль, Франция) изучили более простой и эффективный способ управления поляризацией, основанный на эффектах спинового тока в гетероструктурах TbCo₂/FeCo.

Эти структуры позволяют создавать спин-переориентационный переход при изменении величины намагничивающего поля. Эффект возникает благодаря спинтронному принципу генерации и эффекту управляемой спиновой переориентации. Спинтронный принцип генерации заключается в том, что короткий оптический импульс возбуждает импульсный спиновый ток от облучаемой поверхности вглубь структуры — происходит перенос намагниченности без переноса заряда. Внутриатомные электрические поля отклоняют спиновый ток, генерируя связанный с ним электрический ток, протекающий в плоскости структуры перпендикулярно направлению спиновой поляризации. В результате импульсный электронный ток излучает электромагнитную терагерцовую волну, которая также оказывается поляризованной перпендикулярно намагниченности структуры.

Управляемая спиновая переориентация обусловлена тем, что изменение величины намагничивающего внешнего поля в области спин-переориентационного перехода приводит к повороту магнитного момента в плоскости структуры, и поляризация излучения меняется. Предложенный метод управления гораздо проще и эффективнее существующих аналогов, что позволит использовать разработку для управления терагерцовым излучением уже в ближайшем будущем.