Výzkum

Spintronika

Spintronika je nové, dynamicky se rozvíjející odvětví elektroniky, které využívá k ukládání a zpracování dat magnetický moment – spin – nosičů náboje. Nové technologické koncepty se studují ve spintronice od začátku osmdesátých let, a první součástky již nalezly své komerční uplatnění (čtecí hlavy k pevným diskům či magnetické paměti typu “MRAM”). V nedávné době se ve spintronice začalo využívat také světlo, čímž vznikla její nová větev „optospintronika“. Využití interakce světla se spinovou polarizací nám poskytuje nové možnosti, jakými lze neinvazivně měnit a studovat magnetické uspořádání v materiálu na velmi krátkých časových škálách (až několik femtosekund), což je o několik řádů rychlejší než u ostatních existujících experimentálních technik. Náš výzkum v Laboratoři OptoSpintroniky (LOS) je zaměřen zejména na studium mechanizmů, kterými lze za použití laserových pulsů změnit orientaci magnetizace magnetických momentů ve feromagnetických a antiferomagnetických materiálech na ultrakrátkých časových škálách.
pokračování...

Ultrarychlé procesy v polovodičích a nanostrukturách

Výzkum a vývoj nových polovodičových materiálů a jejich nanostruktur se v současné době neobejde bez podrobných znalostí procesů, které se v nich odehrávají na pikosekudových a femtosekundových časových škálách. Jedná se například o excitaci nosičů náboje, relaxační a rekombinační procesy. Takto rychlé děje je možné zkoumat pouze pomocí speciálních metod, jejichž základem jsou ultrakrátké laserové pulzy. Naše oddělení disponuje několika laserovými laboratořemi s femtosekundovými laserovými systémy. V současnosti se zabýváme výzkumem ultrarychlých dějů v polovodičích (např. diamant) a v polovodičových nanostrukturách (křemíkové nanokrystaly, nanodiamant, II-VI a III-V kvatové body). Zkoumáme je metodami časově rozlišené spektroskopie (časově rozlišená luminiscence, časově rozlišená propustnost a odrazivost, indukovaná mřížka, aj.).

[Obr. Nature Materials 1, 10–12]

Extrémní laserové pulzy a děje

V současné době je rychlost klasické elektroniky omezena maximální frekvencí, na níž je možné kontrolovat makroskopické nábojové proudy v materiálech. Existují ovšem fyzikální procesy odehrávající se na mnohem kratších časových škálách, které by v budoucnu mohly sloužit ke zvýšení rychlosti zpracování a přenosu informace. Tyto procesy zkoumáme na našem oddělení pomocí ultrakrátkých laserových pulzů dosahující amplitud pole srovnatelných s polem, které působí mezi atomy v pevných látkách. Díky tomu, že elektromagnetické pole pulzů a jeho fázi je možné kontrolovat s přesností několika desítek attosekund (1 as = 10^-18 s), dovoluje nám tato technologie ovlivňovat a studovat koherentní dynamiku elektronů v pevných látkách a nanostrukturách.

[Obr. Phys. Rev. Lett. 113, 263002]

Terahertzové záření

Rozdíl mezi elektronikou a optikou je zřejmý, přestože jsou to oba obory popisující chování elektromagnetického pole. Zatímco rádiové záření se projevuje víceméně klasicky a má dobře definovanou a elektronicky kontrolovatelnou fázi a amplitudu, ke kontrole fáze optického pole je třeba používat pokročilé metody založené na kvantových jevech. Na rozmezí mezi rádiovými (do 100 GHz) a optickými (100 THz) frekvencemi leží do nedávna experimentálně nedostupná terahertzová oblast, pro kterou neexistovaly účinné zdroje a detektory záření. Dnes se relativně mladý obor výzkumu této terahertzové oblasti úspěšně rozvíjí a kombinuje postupy a popisuje jevy známé jak z elektroniky, tak z optiky. Na našem pracovišti rozvíjíme teoretické metody určené k popisu interakce terahertzového záření s nanomateriály.