RU2344528C1 - Solid electromagnetic radiation source - Google Patents
Solid electromagnetic radiation source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2344528C1 RU2344528C1 RU2007113927/28A RU2007113927A RU2344528C1 RU 2344528 C1 RU2344528 C1 RU 2344528C1 RU 2007113927/28 A RU2007113927/28 A RU 2007113927/28A RU 2007113927 A RU2007113927 A RU 2007113927A RU 2344528 C1 RU2344528 C1 RU 2344528C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- spin
- magnetization
- spins
- spin resistance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое устройство для генерации когерентного и некогерентного поляризованного электромагнитного излучения относится к спинтронике и фотонике. В частности, изобретение относится к инжекционным лазерам и некогерентным источникам поляризованного излучения.The inventive device for generating coherent and incoherent polarized electromagnetic radiation relates to spintronics and photonics. In particular, the invention relates to injection lasers and incoherent sources of polarized radiation.
Миниатюрные твердотельные инжекционные лазеры и светодиоды появились в 1960-70-х годах [1, 2]. Они удобны тем, что накачка осуществляется током, который инжектирует носители тока в рабочий слой и создает в этом слое отрицательную температуру. В таких устройствах применяют полупроводниковые материалы: GaAs, GaP, GaPAs и другие. Инжекция происходит через границу раздела между различными материалами. Например, электроны, инжектированные в дырочный материал, рекомбинируют и излучают в оптическом или ИК диапазоне. Регулируя состав, можно менять частоту излучения. Устройства работают при комнатных температурах.Miniature solid-state injection lasers and LEDs appeared in the 1960–70s [1, 2]. They are convenient in that the pumping is carried out by a current that injects current carriers into the working layer and creates a negative temperature in this layer. In such devices, semiconductor materials are used: GaAs, GaP, GaPAs and others. Injection occurs across the interface between different materials. For example, electrons injected into a hole material recombine and emit in the optical or infrared range. By adjusting the composition, you can change the frequency of the radiation. Devices work at room temperatures.
Развитие техники гетеролазеров привело к предложению устройств, в состав которых, кроме полупроводниковых слоев, включаются еще и ферромагнитные проводящие слои. Так, в устройстве, предложенном в [3], ферромагнитный металл введен для инжекции поляризованных по спину электронов в слой полупроводника. При этом уровень инжекции спинов предлагается увеличить за счет точечного легирования в полупроводнике. Механизм излучения остается таким же, как и в традиционных инжекционных лазерах - излучение возникает при электрон-дырочной рекомбинации. Таким образом, генерируются частоты оптического и ИК диапазона. Единственная особенность состоит в том, что вследствие поляризации спинов генерируемое излучение также получается поляризованным. Для генерации в терагерцовом диапазоне, то есть в диапазоне 1012-3·1013 Гц или при длинах волн 10-300 мкм, удобны ферромагнитные проводящие материалы, в которых обменное взаимодействие приводит к расщеплению энергий носителей тока, так что электроны с различными направлениями спинов заселяют разные уровни энергии, называемые спиновыми подзонами. Разность энергий между такими подзонами соответствует терагерцовому диапазону частот. Данный диапазон в настоящее время недостаточно исследован из-за отсутствия удобных миниатюрных источников излучения. Между тем, этот диапазон интересен для применений в биологии и медицине, для связи в космосе, для резки металлов в металлургии и, возможно, для других применений.The development of heterolaser technology has led to the proposal of devices, which, in addition to semiconductor layers, also include ferromagnetic conductive layers. So, in the device proposed in [3], a ferromagnetic metal is introduced for injection of spin-polarized electrons into the semiconductor layer. Moreover, it is proposed to increase the level of spin injection due to point doping in a semiconductor. The radiation mechanism remains the same as in traditional injection lasers - radiation occurs during electron-hole recombination. Thus, optical and infrared frequencies are generated. The only feature is that due to the polarization of the spins, the generated radiation also turns out to be polarized. For generation in the terahertz range, that is, in the range of 10 12 -3 · 10 13 Hz or at wavelengths of 10-300 μm, ferromagnetic conductive materials are convenient in which the exchange interaction leads to the splitting of the energies of current carriers, so that electrons with different spin directions populate different energy levels called spin subbands. The energy difference between such subbands corresponds to the terahertz frequency range. This range is currently insufficiently studied due to the lack of convenient miniature radiation sources. Meanwhile, this range is interesting for applications in biology and medicine, for communication in space, for cutting metals in metallurgy and, possibly, for other applications.
В работе [4] предложено устройство для генерации терагерцового излучения за счет переходов носителей тока между спиновыми энергетическими подзонами в ферромагнитных проводящих материалах. Это устройство наиболее близко к заявляемому нами устройству. Оно выполнено в виде многослойной структуры, содержащей три слоя из одинакового по составу ферромагнитного проводящего материала, расположенные друг под другом. Эти слои используются для инжекции спинов током и создания при этом отрицательной температуры в рабочем слое, который располагается в центральной части структуры. Благодаря излучательным переходам носителей тока между спиновыми подзонами в рабочем слое возникает лазерная генерация или некогерентное излучение. Вероятность излучательных переходов оказывается на 3-4 порядка больше, чем в традиционных (неспиновых) инжекционных лазерах.In [4], a device was proposed for generating terahertz radiation due to transitions of current carriers between spin energy subbands in ferromagnetic conducting materials. This device is the closest to the device we declare. It is made in the form of a multilayer structure containing three layers of the same composition of the ferromagnetic conductive material, located one below the other. These layers are used to inject spins with current and create a negative temperature in the working layer, which is located in the central part of the structure. Due to radiative transitions of current carriers between spin subbands, laser generation or incoherent radiation occurs in the working layer. The probability of radiative transitions is 3-4 orders of magnitude higher than in traditional (non-spin) injection lasers.
Недостаток описанного в работе [4] устройства состоит в том, что эффективность излучения мала. Дело в том, что ферромагнитные материалы во всех трех контактирующих слоях предполагаются одинаковыми. Считается, что и при одинаковых составах отрицательная температура будет достигнута, если только ток через структуру взят достаточно большим. В действительности, однако, при одинаковых составах слоев поток спинов через границу раздела первого и второго слоев не будет отличаться от потока спинов через границу раздела второго и третьего слоев. Иными словами, происходит просто транзит спинов через второй слой, который является рабочим, так что достаточного накопления спинов в рабочем слое не происходит. Следовательно, возможное изменение заселенности верхней по энергии спиновой подзоны в рабочем слое ограничено за счет ухода спинов в третий слой. В этих условиях достижение инверсной заселенности или отрицательной температуры, когда заселенность верхней спиновой подзоны превышает заселенность нижней подзоны, требует чрезмерно больших плотностей тока, при которых образец может не выдержать тепловых нагрузок. Поэтому желательно достигнуть отрицательной температуры при плотностях тока, которые не превосходят применяемых на практике значений, а именно ~107-109 А/см2. Без достижения отрицательной температуры при указанных реальных токах эффективность излучения будет слабой.The disadvantage of the device described in [4] is that the radiation efficiency is low. The fact is that ferromagnetic materials in all three contacting layers are assumed to be the same. It is believed that even with the same compositions, a negative temperature will be achieved if the current through the structure is taken sufficiently large. In reality, however, with the same layer compositions, the spin flux through the interface of the first and second layers will not differ from the spin flux through the interface of the second and third layers. In other words, there simply occurs a transit of spins through the second layer, which is the working layer, so that there is no sufficient accumulation of spins in the working layer. Consequently, the possible change in the population of the upper energy spin subband in the working layer is limited due to the escape of spins to the third layer. Under these conditions, the achievement of an inverse population or a negative temperature, when the population of the upper spin subband exceeds the population of the lower subband, requires excessively high current densities at which the sample may not withstand thermal loads. Therefore, it is desirable to achieve a negative temperature at current densities that do not exceed the values used in practice, namely ~ 10 7 -10 9 A / cm 2 . Without reaching a negative temperature at the indicated real currents, the radiation efficiency will be weak.
Техническая задача, решаемая предложенным изобретением, состоит в повышении эффективности генерации когерентного и некогерентного электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне частот.The technical problem solved by the proposed invention is to increase the efficiency of generation of coherent and incoherent electromagnetic radiation in the terahertz frequency range.
Для того, чтобы достигнуть решения этой задачи, в известном твердотельном источнике электромагнитного излучения, выполненном в виде многослойной структуры, содержащей первый слой из проводящего ферромагнитного материала, второй слой из проводящего ферромагнитного материала, расположенный под первым слоем, и третий слой проводящего материала, расположенный под вторым слоем, материал второго слоя отличается от материала первого и третьего слоев, при этом спиновое сопротивление материала первого слоя, по меньшей мере, в 3 раза превышает спиновое сопротивление материала второго слоя, а спиновое сопротивление третьего слоя превышает спиновое сопротивление материала второго слоя.In order to achieve a solution to this problem, in a known solid-state source of electromagnetic radiation, made in the form of a multilayer structure containing a first layer of conductive ferromagnetic material, a second layer of conductive ferromagnetic material located under the first layer, and a third layer of conductive material located under the second layer, the material of the second layer differs from the material of the first and third layers, while the spin resistance of the material of the first layer is at least 3 times pin resistance of the second material layer and the third layer resistance spin exceeds the spin resistance of the second material layer.
Желательно, чтобы степень поляризации спинов носителей тока в материале первого слоя составляла 80-100%, а степень поляризации спинов носителей тока в материале второго слоя составляла 10-30%.It is desirable that the degree of polarization of the spins of the current carriers in the material of the first layer is 80-100%, and the degree of polarization of the spins of the current carriers in the material of the second layer is 10-30%.
Желательно также, чтобы первый слой имел фиксированную намагниченность, а второй слой имел нефиксированную намагниченность, направленную антипараллельно относительно намагниченности первого слоя.It is also desirable that the first layer has a fixed magnetization, and the second layer has a non-fixed magnetization directed antiparallel to the magnetization of the first layer.
Третий слой структуры может быть выполнен из полупроводника или из ферромагнитного проводящего материала. В последнем случае намагниченность слоя фиксирована и направлена антипараллельно относительно намагниченности первого слоя. Намагниченность считается фиксированной, если она не может быть изменена при любых внешних воздействиях на рассматриваемую структуру, а именно при наложении внешнего магнитного поля H или пропускании тока j. Фиксация намагниченности обеспечивается за счет достаточно сильной магнитной анизотропии слоя.The third layer of the structure may be made of a semiconductor or of a ferromagnetic conductive material. In the latter case, the magnetization of the layer is fixed and directed antiparallel to the magnetization of the first layer. The magnetization is considered fixed if it cannot be changed under any external influences on the structure under consideration, namely, when an external magnetic field H is applied or current j is transmitted. The magnetization is fixed due to a sufficiently strong magnetic anisotropy of the layer.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена конструкция предложенного устройства (вид сбоку), на фиг.2 показано направление намагниченностей в различных слоях устройства.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the design of the proposed device (side view), figure 2 shows the direction of magnetization in different layers of the device.
Предложенный твердотельный источник электромагнитного излучения представляет собой многослойную структуру, содержащую первый слой 1 (фиг.1), второй слой 2 и третий слой 3, последовательно расположенные друг под другом вдоль оси Ох. Граница первого 1 и второго 2 слоев обозначена как S12, граница второго 2 и третьего 3 слоев обозначена как S23. На поверхности слоя 1 и слоя 3 расположены контактные площадки 4 для подключения источника напряжения. Слой 1 выполнен из ферромагнитного проводящего материала с 80-100% спиновой поляризацией носителей тока, так называемого половинного металла. К таким материалам относятся ферромагнетики типа сплавов Гейслера и манганитов [5, 6], например NiMnSb, PtMnSb, PdMnSb, PtMnSr и другие, а также некоторые окислы, такие как CrO2, Fe3O4, Ln1-xSrxMnO3, Ln1-хСахMnO3, Sr2FeMoO6 и другие [7]. Слой 2 выполнен из ферромагнитного проводящего материала с 10-30% спиновой поляризацией носителей тока. К таким материалам относятся ферромагнитные металлы типа Gd, Co, Py, Ni, Fe и др. [8]. Слой 3 может быть выполнен из полупроводника, такого как n-Si, n-GaAs, или из ферромагнитного проводящего материала, выбранного из приведенных выше групп материалов, используемых для слоя 1. Материал каждого слоя для конкретной конструкции выбирается таким образом, чтобы спиновое сопротивление Z1 слоя 1 по меньшей мере в 3 раза превышало спиновое сопротивление слоя 2, а спиновое сопротивление Z3 слоя 3 превышало спиновое сопротивление Z2 слоя 2.The proposed solid-state source of electromagnetic radiation is a multilayer structure containing a first layer 1 (Fig. 1), a second layer 2 and a third layer 3, sequentially located one below the other along the axis Ox. The boundary of the first 1 and second 2 layers is indicated as S 12 , the boundary of the second 2 and third 3 layers is indicated as S 23 . On the surface of layer 1 and layer 3 there are contact pads 4 for connecting a voltage source. Layer 1 is made of a ferromagnetic conductive material with 80-100% spin polarization of current carriers, the so-called half metal. Such materials include ferromagnets such as Geisler and manganite alloys [5, 6], for example, NiMnSb, PtMnSb, PdMnSb, PtMnSr and others, as well as some oxides, such as CrO 2 , Fe 3 O 4 , Ln 1-x Sr x MnO 3 , Ln 1-x Ca x MnO 3 , Sr 2 FeMoO 6 and others [7]. Layer 2 is made of a ferromagnetic conductive material with 10-30% spin polarization of current carriers. Such materials include ferromagnetic metals such as Gd, Co, Py, Ni, Fe, and others [8]. Layer 3 can be made of a semiconductor, such as n-Si, n-GaAs, or of a ferromagnetic conductive material selected from the above groups of materials used for layer 1. The material of each layer for a particular design is selected so that the spin resistance Z 1 of layer 1 was at least 3 times higher than the spin resistance of layer 2, and the spin resistance Z 3 of layer 3 was higher than the spin resistance Z 2 of layer 2.
Величина спинового сопротивления Zi рассчитывается по формулеThe value of spin resistance Z i is calculated by the formula
где ρi - удельное сопротивление слоя i, причем i=1, 2, 3, li - длина релаксации спинов в слое i и 
Приведем некоторые конкретные примеры реализации данного устройства.Here are some specific examples of the implementation of this device.
Пример 1.Example 1
Слой 1 изготовлен из манганита Ln1-xCaxMnO3 с параметром 0<х<1 и имеет большое спиновое сопротивление благодаря близости степени поляризации 
Пример 2.Example 2
Слои 1 и 2 изготовлены такими же, как и в Примере 1. Тем самым выполнение условия Z1≥3Z2 обеспечивается. Что касается слоя 3, то он может быть изготовлен из ряда половинных металлов, например, Ln1-xSrxMnO3 или Ln1-xBaxMnO3. Учитывая, что 
На фиг.2 слои 1, 2 и 3, составляющие структуру, показаны в плоскости (yz), перпендикулярной оси Ox (см. фиг.1). Намагниченность M1 первого слоя 1 параллельна легкой оси "а-а" и является фиксированной, то есть направление вектора намагниченности М1 не меняется при наложении внешнего магнитного поля. Намагниченность М2 второго слоя 2 направлена антипараллельно относительно намагниченности М1 и является нефиксированной, то есть направление вектора намагниченности М2 можно изменить на некоторый угол φ путем наложения внешнего магнитного поля. Третий слой 3, в случае выполнения его из ферромагнитного материала, имеет намагниченность М3, которая направлена антипараллельно относительно намагниченности М1 и является фиксированной. В случае выполнения слоя 3 из полупроводника, являющегося немагнитным материалом, вектор намагниченности, естественно, равен нулю. Предложенное устройство может быть изготовлено известным способом магнетронного напыления пленок при наложении ориентирующего внешнего магнитного поля порядка нескольких сотен эрстед в плоскости слоев в процессе их роста.In FIG. 2, the layers 1, 2, and 3 constituting the structure are shown in the plane (yz) perpendicular to the axis Ox (see FIG. 1). The magnetization M 1 of the first layer 1 is parallel to the easy axis "aa" and is fixed, that is, the direction of the magnetization vector M 1 does not change when an external magnetic field is applied. The magnetization M 2 of the second layer 2 is directed antiparallel with respect to the magnetization M 1 and is unfixed, that is, the direction of the magnetization vector M 2 can be changed to a certain angle φ by applying an external magnetic field. The third layer 3, if it is made of a ferromagnetic material, has a magnetization M 3 that is antiparallel to the magnetization M 1 and is fixed. If layer 3 is made of a semiconductor, which is a non-magnetic material, the magnetization vector is naturally equal to zero. The proposed device can be manufactured in a known manner by magnetron sputtering of films by applying an orienting external magnetic field of the order of several hundred Oersteds in the plane of the layers during their growth.
Предложенное устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на контактные площадки 4 поляризованные носители тока проникают из слоя 1 в слой 2 через границу раздела S12. Затем они покидают слой 2 через границу раздела S23. В стационарных условиях потоки этих носителей на указанных границах должны быть одинаковыми. Для достижения такого стационарного состояния в слое 2 должна быть создана "аккумуляция" спинов, то есть необходимо увеличить плотность спинов одного направления, а именно совпадающего с направлением спинов в слое 1. Это обеспечивается благодаря выполнению превышения спинового сопротивления слоя 1 над спиновым сопротивлением слоя 2, а также превышения спинового сопротивления слоя 3 над спиновым сопротивлением слоя 2. С точки зрения получения наибольшей плотности спинов в слое 2, то есть получения высокой аккумуляции спинов в этом слое и максимальной эффективности работы устройства, желательно, чтобы превышение спинового сопротивления слоя 1 над спиновым сопротивлением слоя 2 было по возможности наибольшим, например более чем в 3 раза.The proposed device operates as follows. When voltage is applied to the contact pads 4, polarized current carriers penetrate from layer 1 to layer 2 through the interface S 12 . Then they leave layer 2 through the S 23 interface. Under stationary conditions, the flows of these carriers at the indicated boundaries should be the same. To achieve such a stationary state in layer 2, an “accumulation” of spins must be created, that is, it is necessary to increase the density of spins in one direction, namely, coinciding with the direction of spins in layer 1. This is ensured by the excess of the spin resistance of layer 1 over the spin resistance of layer 2, and also the excess of the spin resistance of layer 3 over the spin resistance of layer 2. From the point of view of obtaining the highest density of spins in layer 2, that is, obtaining a high accumulation of spins in this layer and maximum DUTY efficiency of the device, it is desirable to spin excess resistance layer 1 over spin resistance layer 2 was the highest possible, such as more than 3 times.
При выполнении условия Z1≥3Z2 поток спинов из слоя 1 в слой 2 является чисто конвективным. Это значит, что все поляризованные носители тока просто перемещаются в слой 2, то есть происходит максимальная возможная "инжекция" спинов из слоя 1 в слой 2. С другой стороны, при выполнении условия Z3>Z2 возникает достаточно большой градиент плотности спинов на границе между слоями 2 и 3. Необходимая в стационарном состоянии величина потока спинов поддерживается при этом не только благодаря конвективному переносу спинов, но также в значительной степени и благодаря току диффузии спинов при достаточно большом коэффициенте диффузии. Это и ведет к аккумуляции спинов в слое 2.Under the condition Z 1 ≥3Z 2, the flux of spins from layer 1 to layer 2 is purely convective. This means that all polarized current carriers simply move to layer 2, that is, the maximum possible “injection” of spins from layer 1 to layer 2 occurs. On the other hand, when the condition Z 3 > Z 2 is fulfilled, a sufficiently large gradient of spin density at the boundary between layers 2 and 3. The spin flux required in a stationary state is maintained not only due to convective spin transfer, but also to a large extent due to the spin diffusion current at a sufficiently large diffusion coefficient. This leads to the accumulation of spins in layer 2.
Описанная картина переноса спинов в многослойной структуре детально проанализирована теоретически в работах [11, 12]. Как оказалось, при направлении потока носителей от слоя 1 к слою 2 происходит увеличение населенности одной из двух энергетических подзон, на которые расщеплен спектр энергий носителей тока в ферромагнетике. Поскольку мы приняли антипараллельную взаимную ориентацию намагниченностей в соседних слоях 1 и 2, то поток носителей из слоя 1 увеличивает заселенность подзоны, энергия которой наибольшая. При увеличении плотности электрического тока до критического значения jc~107-108 А/см2 населенность верхней спиновой подзоны становится больше населенности нижней подзоны, то есть возникает инверсия населенностей (или, что эквивалентно, "отрицательная температура") [13].The described pattern of spin transfer in a multilayer structure was theoretically analyzed in detail in [11, 12]. As it turned out, when the carrier flow is directed from layer 1 to layer 2, the population of one of the two energy subbands increases, into which the energy spectrum of the current carriers in a ferromagnet is split. Since we adopted the antiparallel mutual orientation of the magnetizations in the neighboring layers 1 and 2, the carrier flux from layer 1 increases the population of the subband with the highest energy. When the electric current density increases to a critical value j c ~ 10 7 -10 8 A / cm 2, the population of the upper spin subband becomes larger than the population of the lower subband, that is, population inversion occurs (or, equivalently, “negative temperature”) [13].
Хорошо известно, что именно инверсная заселенность необходима для возникновения стимулированного излучения и лазерного эффекта. Кроме того, инверсная заселенность способствует возрастанию уровня некогерентного электромагнитного излучения, то есть устройство может работать и как лазер, и как источник некогерентного излучения. Оценки, выполненные в работе [13], показывают, что в типичных случаях, когда в качестве материалов для слоя 2 применяются ферромагнитные металлы при комнатных температурах, частота лежит в диапазоне десятков терагерц.It is well known that it is the inverse population that is necessary for the appearance of stimulated radiation and the laser effect. In addition, inverse population contributes to an increase in the level of incoherent electromagnetic radiation, that is, the device can operate both as a laser and as a source of incoherent radiation. The estimates made in [13] show that in typical cases when ferromagnetic metals are used as materials for layer 2 at room temperatures, the frequency lies in the range of tens of terahertz.
Желательно, чтобы отрицательная температура сохранялась по всей толщине слоя 2. Для обеспечения этого средняя длина релаксации спинов l в слое 2 должна превосходить толщину L этого слоя, то есть параметр λ=L/l<1. Например, при комнатной температуре в ферромагнитных металлах типичны значения l≥20-30 нм. Поэтому слой 2 желательно изготовить с толщиной L≤20 нм.It is desirable that the negative temperature be maintained throughout the thickness of layer 2. To ensure this, the average length of the relaxation of spins l in layer 2 should exceed the thickness L of this layer, that is, the parameter λ = L / l <1. For example, at room temperature, values of l≥20-30 nm are typical in ferromagnetic metals. Therefore, layer 2 is preferably made with a thickness of L≤20 nm.
Важен вопрос об устойчивости состояния многослойной структуры с отрицательной температурой относительно флуктуации направления намагниченности в слое 2, то есть флуктуации вектора M2. Расчет показывает, что энергия многослойной структуры имеет локальный минимум при антипараллельной ориентации векторов намагниченности слоев 2 и 3 относительно вектора намагниченности слоя 1. Этот локальный минимум сохраняется при любой величине потока электронов. Любая флуктуация вектора М2 приведет к возрастанию энергии и поэтому должна релаксировать, то есть флуктуация будет устойчивой.An important question is the stability of the state of a multilayer structure with negative temperature relative to fluctuations in the direction of magnetization in layer 2, that is, fluctuations of the vector M 2 . The calculation shows that the energy of the multilayer structure has a local minimum with antiparallel orientation of the magnetization vectors of layers 2 and 3 relative to the magnetization vector of layer 1. This local minimum is retained for any magnitude of the electron flux. Any fluctuation of the vector M 2 will lead to an increase in energy and therefore must relax, that is, the fluctuation will be stable.
В работе [4] было указано, что для увеличения силы взаимодействия носителей тока в слое 2 с электромагнитным излучением следует специально отклонить направление вектора М2 от антипараллельного на некоторый угол φ (см. фиг.2). Такое отклонение можно осуществить с помощью внешнего магнитного поля Н, лежащего в плоскости пленки. Такое поле не повлияет на ориентацию намагниченности в слоях 1 и 3, поскольку либо в обоих этих слоях намагниченность фиксирована, либо слой 3 немагнитный и поэтому никакой намагниченностью не обладает.In [4], it was pointed out that in order to increase the interaction force of current carriers in layer 2 with electromagnetic radiation, the direction of the vector M 2 should be specifically deviated from the antiparallel one by a certain angle φ (see Fig. 2). Such a deviation can be achieved using an external magnetic field H lying in the plane of the film. Such a field will not affect the orientation of the magnetization in layers 1 and 3, since either the magnetization is fixed in both of these layers or layer 3 is non-magnetic and therefore does not have any magnetization.
Угол φ должен быть выбран оптимальным по величине: с одной стороны, он не должен нарушить устойчивость ориентации М2 (для этого достаточно, чтобы |φ|<90°), а с другой стороны, он должен максимально увеличить взаимодействие с электромагнитным излучением. Согласно работе [4], с помощью угла φ величину указанного взаимодействия можно регулировать в пределах 3-4 порядков.The angle φ must be chosen optimal in size: on the one hand, it must not violate the stability of the orientation M 2 (for this it is enough that | φ | <90 °), and on the other hand, it should maximize the interaction with electromagnetic radiation. According to [4], using the angle φ, the magnitude of this interaction can be adjusted within 3-4 orders of magnitude.
Таким образом, показано, что предложенное устройство по сравнению с прототипом обеспечивает существенное увеличение эффективности излучения за счет выбора материала слоев структуры с различными величинами спиновых сопротивлений.Thus, it is shown that the proposed device in comparison with the prototype provides a significant increase in radiation efficiency due to the choice of material of the layers of the structure with different values of spin resistances.
ЛитератураLiterature
1. Физическая энциклопедия, т.I, статья "Гетеролазер", стр.445-446. М.: Советская Энциклопедия,1988.1. Physical Encyclopedia, vol. I, article "Heterolaser", pp. 445-446. M .: Soviet Encyclopedia, 1988.
2. Елисеев П.Г. Введение в физику инжекционных лазеров. М., 1983.2. Eliseev P.G. Introduction to the physics of injection lasers. M., 1983.
3. Osipov V.V., Bratkovski A.M. Heterolaser and light emitting source of polarized radiation. United States Patent, 6993056, January 31, 2006.3. Osipov V.V., Bratkovski A.M. Heterolaser and light emitting source of polarized radiation. United States Patent, 6993056, January 31, 2006.
4. Kadigrobov A., Ivanov Z. Claeson Т., Shekhter R.I., Jonson М. Giant lasing effect in magnetic nanoconductors, Europhys. Lett., v.67 (6), 946-954, 2004.4. Kadigrobov A., Ivanov Z. Claeson T., Shekhter R.I., Jonson M. Giant lasing effect in magnetic nanoconductors, Europhys. Lett., V. 67 (6), 946-954, 2004.
5. de Groot R.A. et al. New class of materials: half metallic ferromagnets, Phys. Rev. Lett., v.50, #25, 2024-2027, 1983.5. de Groot R.A. et al. New class of materials: half metallic ferromagnets, Phys. Rev. Lett., V. 50, # 25, 2024-2027, 1983.
6. Локтев В.М., Погорелов Ю.Г. Особенности физических свойств и колоссального магнитосопротивления манганитов. ФНТ, т.26, №3, 231-261, 2000.6. Loktev V.M., Pogorelov Yu.G. Features of physical properties and colossal magnetoresistance of manganites. FNT, t.26, No. 3, 231-261, 2000.
7. Haghiri-Gosnet A.M. et al. Spintronics: perspectives for half metallic oxides, Phys. Stat. Solidi (a), v.201, #7, 1392-1397, 2004.7. Haghiri-Gosnet A.M. et al. Spintronics: perspectives for half metallic oxides, Phys. Stat. Solidi (a), v.201, # 7, 1392-1397, 2004.
8. Meservey R., Tedrow R.M. Spin-polarized electron tunneling, Phys. Rep., v.238, 174, 1994.8. Meservey R., Tedrow R.M. Spin-polarized electron tunneling, Phys. Rep., V. 238, 174, 1994.
9. Гуляев Ю.В., Зильберман П.Е., Э.М.Эпштейн. Инжекция спинов током на границе двух неколлинеарных ферромагнетиков. ДАН Техническая физика, т.410, 197-199, 2006.9. Gulyaev Yu.V., Zilberman P.E., E.M. Epstein. Injection of spins by current at the boundary of two noncollinear ferromagnets. DAN Technical Physics, t.410, 197-199, 2006.
10. Kimura Т., Otani Y., Hamrle. Switching Magnetization of Nanoscale Ferromagnetic Particle Using Nonlocal Spin Jnjection, Phys. Rev. Lett., v.96, 037201, 2006.10. Kimura, T., Otani Y., Hamrle. Switching Magnetization of Nanoscale Ferromagnetic Particle Using Nonlocal Spin Jnjection, Phys. Rev. Lett., V. 96, 037201, 2006.
11. Гуляев Ю.В., Зильберман П.Е., Э.М Эпштейн. Инжекция спинов током и поверхностный крутильный момент в ферромагнитных металлических переходах. ЖЭТФ, т.127, 5, 1138-1152, 2005.11. Gulyaev Yu.V., Zilberman P.E., E.M. Epstein. Spin injection by current and surface torsional moment in ferromagnetic metal transitions. JETP, vol. 127, 5, 1138-1152, 2005.
12. Epshtein E.M., Yu.V. Gulyaev, P.E. Zilberman, Phenomenological theory of current driven exchange switching in ferromagnetic nanojunctions, http://www.cond-mat/0606102.12. Epshtein E.M., Yu.V. Gulyaev, P.E. Zilberman, Phenomenological theory of current driven exchange switching in ferromagnetic nanojunctions, http://www.cond-mat/0606102.
13. Гуляев Ю.В., Зильберман П.Е., Э.М.Эпштейн. Создаваемая током инверсная заселенность спиновых подзон в магнитных переходах. Письма в ЖЭТФ, т.85, 192-196, 2007.13. Gulyaev Yu.V., Zilberman P.E., E.M. Epstein. The inverse population of spin subbands created by current in magnetic transitions. Letters to JETP, vol. 85, 192-196, 2007.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007113927/28A RU2344528C1 (en) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | Solid electromagnetic radiation source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007113927/28A RU2344528C1 (en) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | Solid electromagnetic radiation source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007113927A RU2007113927A (en) | 2008-10-27 |
| RU2344528C1 true RU2344528C1 (en) | 2009-01-20 |
Family
ID=40376156
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007113927/28A RU2344528C1 (en) | 2007-04-16 | 2007-04-16 | Solid electromagnetic radiation source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2344528C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2464683C1 (en) * | 2011-04-26 | 2012-10-20 | Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН | Solid-state electromagnetic radiation source |
| RU2536327C2 (en) * | 2013-03-12 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Generator of subteraherz and teraherz emission based on optic transistor |
| RU2617732C1 (en) * | 2015-12-18 | 2017-04-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Solid-state source of electromagnetic radiation |
| RU2715892C1 (en) * | 2019-07-09 | 2020-03-04 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российская академия наук" | Solid-state electromagnetic radiation source and method of its manufacturing |
| RU2742569C1 (en) * | 2020-05-29 | 2021-02-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Oscillator for terahertz generator |
| RU2813170C1 (en) * | 2023-03-17 | 2024-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Терабрайт" | Method for tuning frequency of terahertz quantum cascade laser |
-
2007
- 2007-04-16 RU RU2007113927/28A patent/RU2344528C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2464683C1 (en) * | 2011-04-26 | 2012-10-20 | Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН | Solid-state electromagnetic radiation source |
| RU2536327C2 (en) * | 2013-03-12 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Generator of subteraherz and teraherz emission based on optic transistor |
| RU2617732C1 (en) * | 2015-12-18 | 2017-04-26 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Solid-state source of electromagnetic radiation |
| RU2715892C1 (en) * | 2019-07-09 | 2020-03-04 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российская академия наук" | Solid-state electromagnetic radiation source and method of its manufacturing |
| RU2742569C1 (en) * | 2020-05-29 | 2021-02-08 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Oscillator for terahertz generator |
| RU2813170C1 (en) * | 2023-03-17 | 2024-02-07 | Общество с ограниченной ответственностью "Терабрайт" | Method for tuning frequency of terahertz quantum cascade laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007113927A (en) | 2008-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9136665B1 (en) | Using tunnel junction and bias for effective current injection into terahertz magnon | |
| Schmidt | Concepts for spin injection into semiconductors—a review | |
| TWI224410B (en) | Circularly polarized light spin semiconductor laser using magnetic semiconductor and generation method of laser light | |
| KR20200051635A (en) | Method of manufacturing a stacked structure of a magnetic body and BiSb, a magnetoresistive memory, a net spin injection source | |
| Holub et al. | Electrically injected spin-polarized vertical-cavity surface-emitting lasers | |
| RU2344528C1 (en) | Solid electromagnetic radiation source | |
| Friedel et al. | Organic superconductors: the (TMTSF) 2X family | |
| Klein et al. | Transport anisotropy in biaxially strained La 2/3 Ca 1/3 MnO 3 thin films | |
| Nishizawa et al. | A spin light emitting diode incorporating ability of electrical helicity switching | |
| Tao et al. | Spin-polarized transport in diluted GaMnAs/AlAs/GaMnAs ferromagnetic semiconductor tunnel junctions | |
| RU2464683C1 (en) | Solid-state electromagnetic radiation source | |
| Žutić et al. | Semiconductor spin-lasers | |
| Han et al. | Electron and magnon resonant tunneling: materials, physics and devices | |
| Kioseoglou et al. | Intershell Exchange and Sequential Electrically Injected Spin Populations<? format?> of InAs Quantum-Dot Shell States | |
| Kampfrath et al. | Ultrafast and terahertz spintronics: Guest editorial | |
| Huyen et al. | Spin and anomalous Hall effects emerging from topological degeneracy in the Dirac fermion system CuMnAs | |
| Borukhovich | Quantum tunneling in multilayers and heterostructures with ferromagnetic semiconductors | |
| Gor’kov et al. | Giant magnetic effects and oscillations in antiferromagnetic Josephson weak links | |
| Ohno et al. | Room-temperature spin relaxation in a (110)-oriented GaAs/AlGaAs superlattice with tunnel-coupled quantum wells | |
| CN108735806B (en) | Structure and method for generating spin current with controllable polarizability | |
| Borukhovich et al. | Europium monoxide for spintronics | |
| Narita et al. | Superconducting diode effect in artificial superlattices | |
| Chilcote et al. | Organic-Based Magnetically Ordered Films | |
| Hori et al. | Electric and Magnetic Properties in High-TC Ferromagnetism on (Ga, Mn) N and Related DMS Materials | |
| Feenstra | Low energy electrodynamics of high Tc superconductors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120417 |