{"id":218263,"date":"2020-04-14T12:44:15","date_gmt":"2020-04-14T10:44:15","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=218263"},"modified":"2020-04-14T12:44:15","modified_gmt":"2020-04-14T10:44:15","slug":"neue-methode-erzeugung-terahertz-strahlung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/neue-methode-erzeugung-terahertz-strahlung\/","title":{"rendered":"Neue Methode zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung"},"content":{"rendered":"

Terahertz-Strahlen sind elektromagnetische Wellen wie auch Radiowellen oder das Licht, unterscheiden sich jedoch erheblich in der Frequenz, mit der sie schwingen: \u201ehundertmal langsamer als das Abendrot, aber zehntausendmal schneller als ein UKW-Sender\u201c, erkl\u00e4ren Forscher der Universit\u00e4t Augsburg<\/a>. \u201eSie sind, wenn man so will, nicht Fisch und nicht Fleisch. Und genau diese Eigenschaft macht sie so schwer zug\u00e4nglich: Sie lassen sich nur sehr aufw\u00e4ndig mit Lasern oder einer Antenne erzeugen.\u201c<\/p>\n

Physiker der Universit\u00e4ten Augsburg und M\u00fcnster<\/a> haben eine neue Methode entwickelt, Terahertz-Strahlung zu erzeugen: mit einem Emitter, der sich durch Variation der Temperatur an- oder abschalten l\u00e4sst. So k\u00f6nnten in Zukunft vielleicht Strahlenquellen h\u00f6herer Intensit\u00e4t m\u00f6glich werden, die vielfach eingesetzt werden k\u00f6nnten. Mit Terahertz-Strahlung lie\u00dfen sich beispielsweise Fehler in Materialien sichtbar machen, Waffen unter der Kleidung detektieren oder Hautkrebszellen aufsp\u00fcren, hei\u00dft es.<\/p>\n

Physiker der Freien Universit\u00e4t Berlin haben vor ein paar Jahren eine alternative Methode vorgestellt, Terahertz-Strahlung zu erzeugen, die ein Forscherteam um Professor Manfred Albrecht von der Universit\u00e4t Augsburg und Professor Rudolf Bratschitsch von der Universit\u00e4t M\u00fcnster nun weiterentwickelt haben.<\/p>\n

Spintronischer Emitter<\/h3>\n

Im Mittelpunkt dieser neuen Methode steht ein so genannter spintronischer Emitter. Der besteht er aus zwei aufeinanderliegenden extrem d\u00fcnnen Metall-Schichten. Eine dieser Schichten ist megnetisch. \u201eMetalle enthalten Ladungstr\u00e4ger, die so genannten Elektronen\u201c, erkl\u00e4ren die Physiker. \u201eMan kann sie sich als winzige Kreisel vorstellen, die sich in ihrer Drehrichtung (ihrem \u201aSpin\u2018) unterscheiden.\u201c<\/p>\n

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Schemazeichnung des neuartigen Emitters. Bei niedrigen Temperaturen (oben) haben die Elektronen des Eisens in den beiden Gadolinium-Eisen-Schichten einen entgegengesetzten Spin. Beim \u00dcbertritt in die \u00e4u\u00dferen Platin-Schichten werden die Elektronen der rechten Schicht daher nach links abgelenkt, die der linken Schicht dagegen nach rechts (in der mittleren Wolfram-Schicht ist die Ablenkungsrichtung genau umgekehrt). Die Strompulse, die dabei entstehen, sind gleichgerichtet; die Strahlung wird verst\u00e4rkt. Bei hohen Temperaturen (unten) entstehen dagegen entgegengesetzte Strompulse, die sich in ihrer Wirkung nahezu aufheben. \u00a9 Universit\u00e4t Augsburg<\/figcaption><\/figure>\n

Mit ultrakurzen Laserpulsen k\u00f6nne man einem Teil der Elektronen in der magnetischen Schicht gewisserma\u00dfen einen Schubs versetzen, so dass sie zu wandern beginnen. Einige von ihnen treten dabei in die nicht magnetische Schicht ein. \u201eDort kommt es dann zum sogenannten inversen Spin-Hall-Effekt\u201c, erkl\u00e4rt Mario Fix, der in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Manfred Albrecht am Lehrstuhl f\u00fcr Experimentalphysik IV der Universit\u00e4t Augsburg promoviert. \u201eEr sorgt daf\u00fcr, dass die Elektronen abgelenkt werden \u2013 in welche Richtung, h\u00e4ngt dabei von ihrem Spin ab.\u201c Der ultrakurze Strompuls, der dabei entsteht, gehe mit der Emission einer Terahertz-Welle einher.<\/p>\n

Neu ist dieser Mechanismus jedoch nicht. Er ist schon seit einigen Jahren bekannt. Der neue Emitter, den die Physiker der Universit\u00e4ten Augsburg und M\u00fcnster entwickelt haben, hat anstatt zwei Schichten nun f\u00fcnf. \u201eUnser Emitter hat f\u00fcnf Schichten, die jeweils nur wenige Millionstel Millimeter dick sind\u201c, sagt Mario Fix. \u201eZwei von ihnen sind magnetisch, die drei anderen nicht.\u201c<\/p>\n

Spin-Hall Effekt<\/h3>\n

Die echte Innovation sind aber nicht nur die f\u00fcnf Schichten, sondern vielmehr die Materialien, aus denen die beiden magnetischen Schichten bestehen: Gadolinium-Eisen-Legierungen mit unterschiedlicher Zusammensetzung. Diese w\u00fcrden sich unter anderem in der Ausrichtung der Spins voneinander unterscheiden, die die Elektronen des Eisens haben. So zeigen die Spins dieser beweglichen Elektronen bei hohen Temperaturen in beiden magnetischen Schichten in die gleiche Richtung, bei tieferen Temperaturen in entgegengesetzte Richtungen.<\/p>\n

\u201eDas sorgt daf\u00fcr, dass bei tiefen Temperaturen die Str\u00f6me, die durch den inversen Spin-Hall-Effekt entstehen, dieselbe Richtung haben\u201c, erkl\u00e4rt Fix. Dadurch verst\u00e4rken sie sich gegenseitig und die Intensit\u00e4t der abgegebenen Terahertz-Strahlung steigt. Erh\u00f6ht man die Temperatur \u00fcber eine bestimmte Grenze, \u00e4ndert ein Teil der Str\u00f6me seine Richtung und hebt dadurch die Wirkung der anderen beinahe auf, wodurch die Strahlungsintensit\u00e4t sinkt. Der Emitter kann daher kontrolliert werden, indem man die Temperatur \u00e4ndert.<\/p>\n

Im Prinzip sollte es m\u00f6glich sein, mit diesem neuen Konzept st\u00e4rkere Strahlenquellen zu bauen, in der Studie gehe es aber in erster Linie darum zu zeigen, dass das Verfahren \u00fcberhaupt funktioniert. Als N\u00e4chstes wollen die Wissenschaftler versuchen, die Strahlen-Intensit\u00e4t \u201edurch eine geschickte Auswahl der verwandten Metalle und die Variation ihrer Schichtdicken weiter zu erh\u00f6hen\u201c.<\/p>\n

Die Studie wurde in der Zeitschrift \u201eApplied Physics Letters\u201c<\/a> ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Terahertz-Strahlen sind elektromagnetische Wellen wie auch Radiowellen oder das Licht, unterscheiden sich jedoch erheblich in der Frequenz, mit der sie schwingen: \u201ehundertmal langsamer als das Abendrot, aber zehntausendmal schneller als ein UKW-Sender\u201c, erkl\u00e4ren Forscher der Universit\u00e4t Augsburg. \u201eSie sind, wenn man so will, nicht Fisch und nicht Fleisch. Und genau diese Eigenschaft macht sie so […]<\/p>\n","protected":false},"author":1660,"featured_media":218257,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"advgb_blocks_editor_width":"","advgb_blocks_columns_visual_guide":"","footnotes":""},"categories":[36843],"tags":[],"location":[24328],"article_type":[],"serie":[],"archives":[],"internal_archives":[],"reboot-archive":[],"class_list":["post-218263","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-digital-de-de","location-deutschland"],"blocksy_meta":[],"acf":{"subtitle":"","text_display_homepage":false},"author_meta":{"display_name":"Petra Wiesmayer","author_link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/author\/petra-wiesmayer\/"},"featured_img":null,"coauthors":[],"tax_additional":{"categories":{"linked":["Digital<\/a>"],"unlinked":["Digital<\/span>"]}},"comment_count":"0","relative_dates":{"created":"Posted 6 years ago","modified":"Updated 6 years ago"},"absolute_dates":{"created":"Posted on April 14, 2020","modified":"Updated on April 14, 2020"},"absolute_dates_time":{"created":"Posted on April 14, 2020 12:44 pm","modified":"Updated on April 14, 2020 12:44 pm"},"featured_img_caption":"","series_order":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/218263","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1660"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=218263"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/218263\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=218263"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=218263"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=218263"},{"taxonomy":"location","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/location?post=218263"},{"taxonomy":"article_type","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/article_type?post=218263"},{"taxonomy":"serie","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/serie?post=218263"},{"taxonomy":"archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/archives?post=218263"},{"taxonomy":"internal_archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/internal_archives?post=218263"},{"taxonomy":"reboot-archive","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/reboot-archive?post=218263"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}