پژوهشی تازه در حوزه فوتونیک نشان میدهد همافزایی سه قلمرو علمی پلاسمونیک، اسپینترونیک و فناوری تراهرتز میتواند مسیرهای نوینی برای تولید و تقویت جریانهای اسپینی در مقیاسهای زمانی فوقسریع بگشاید. این دستاورد که در قالب یک رساله دکتری در دانشگاه شهید بهشتی انجام شده، به بررسی نقش ساختارهای مگنتوپلاسمونیکی یکبعدی و دوبعدی در افزایش کارایی جریانهای اسپینی میپردازد و میتواند افقهای جدیدی را در توسعه ادوات نسل آینده حافظه و پردازش اطلاعات ترسیم کند.
همافزایی پلاسمونیک و اسپینترونیک؛ گامی تازه در تولید جریانهای اسپینی تراهرتزی
رساله دکتری سیده مریم حسینی، دانشآموخته دکتری فوتونیک دانشگاه شهید بهشتی، با راهنمایی سیده مهری حمیدی سنگدهی، به بررسی «تولید جریان اسپینی تراهرتزی بر اثر القای تابش فمتوثانیه در ساختارهای مگنتوپلاسمونیکی» اختصاص یافته است؛ موضوعی که در نقطه تلاقی سه حوزه پیشرفته فیزیک نوین قرار میگیرد.
اسپینترونیک شاخهای از علم و فناوری است که از ویژگی اسپین الکترون، افزون بر بار الکتریکی آن، برای ذخیرهسازی و پردازش اطلاعات بهره میبرد. این رویکرد، زیرساخت بسیاری از فناوریهای نوین حافظههای مغناطیسی و سامانههای ثبت و بازخوانی داده را شکل داده است. با این حال، تولید و کنترل جریانهای اسپین-قطبیده و همچنین انتقال جریانهای خالص اسپینی در بازههای زمانی بسیار کوتاه، در حد زیر پیکوثانیه، همچنان از چالشهای اصلی این حوزه به شمار میرود.
در این میان، اسپینپلاسمونیک به عنوان شاخهای میانرشتهای از فناوری نانو، تلاش میکند برهمکنش میان موجهای الکترومغناطیسی، نانوساختارهای فلزی و حالتهای کوانتومی اسپین الکترون را به خدمت توسعه ابزارهای پیشرفته درآورد. این حوزه، پلی میان الکترونیک، فوتونیک، پلاسمونیک و اسپینترونیک ایجاد میکند و امکان طراحی ادواتی با سرعت بالاتر، مصرف انرژی کمتر و قابلیت کوچکسازی بیشتر را فراهم میسازد.
در چارچوب این پژوهش، تمرکز اصلی بر ساختارهای مگنتوپلاسمونیکی یکبعدی و دوبعدی قرار گرفته است؛ ساختارهایی که در آنها برهمکنش میان نور و ماده میتواند به تحریک پلاریتونهای پلاسمون سطحی منجر شود. این پدیده در نهایت به گسیل تابشی در محدوده فرکانسی تراهرتز منتهی میشود؛ بازهای از طیف الکترومغناطیسی که به دلیل ویژگیهای منحصربهفردش، توجه گستردهای را در حوزه تصویربرداری، ارتباطات و حسگرهای پیشرفته به خود جلب کرده است.
بر اساس نتایج این تحقیق، یکی از اهداف کلیدی بررسی این پرسش بوده که آیا تحریک پلاسمونی میتواند به تقویت جریانهای اسپینی منجر شود یا خیر. همچنین تأثیر حضور پلاسمونها بر فرایند تولید تابش تراهرتز بهطور نظاممند مورد مطالعه قرار گرفته است. پاسخ به این پرسشها میتواند به درک عمیقتری از سازوکارهای فیزیکی حاکم بر سامانههای اسپینپلاسمونیکی بینجامد.
یافتههای این رساله نشان میدهد که بهرهگیری همزمان از تحریک فمتوثانیهای و مهندسی نانوساختارهای فلزی، امکان افزایش کارایی تولید جریانهای اسپینی در بازههای زمانی فوقسریع را فراهم میکند. چنین پیشرفتی میتواند در طراحی ادوات حافظه مغناطیسی سریعتر، سامانههای پردازش اطلاعات با مصرف توان پایینتر و حتی منابع تابش تراهرتز کارآمدتر نقشآفرین باشد.
همگرایی سه حوزه پلاسمونیک، اسپینترونیک و فناوری تراهرتز، نهتنها چارچوبی نو برای مطالعه پدیدههای کوانتومی در مقیاس نانو فراهم میکند، بلکه میتواند به توسعه نسل جدیدی از تجهیزات اپتوالکترونیکی و مغناطیسی بینجامد؛ تجهیزاتی که سرعت، دقت و بهرهوری را به سطحی فراتر از فناوریهای متعارف ارتقا میدهند.
به این ترتیب، این پژوهش را میتوان گامی مؤثر در مسیر تعمیق دانش بنیادی و نیز زمینهسازی برای کاربردهای صنعتی آینده در حوزه سامانههای فوقسریع دانست؛ مسیری که همچنان ظرفیتهای کشفنشده بسیاری در دل خود دارد.
