Das orbitale Drehmoment von Elektronen bietet einen vielversprechenden, jedoch weitgehend unerforschten Freiheitsgrad für ultraflottes, energieeffizientes Informationsverarbeitung. Als Grundlage der Orbitronik ist es wichtig zu verstehen, wie orbitale Ströme propagieren und sich in Ladungsströme umwandeln - was jedoch schwer fassbar bleibt, da es schwierig ist, die orbitalen und Spin-Dynamiken in ultradünnen Filmen zu entwirren. Obwohl vorhergesagt wurde, dass orbitale Ströme über lange Distanzen in Materialien propagieren, argumentieren neuere theoretische Studien, dass die Gitter-Symmetrie ihre mittleren freien Wege (MFPs) auf die Größenordnung einer einzelnen atomaren Schicht beschränken könnte. In dieser Arbeit liefern wir den ersten direkten experimentellen Beweis für ultrakurze orbitale MFPs in schweren Metallen (HMs) - W, Ta, Pt - die durch Femtosekunden-Terahertz-Emissionsspektroskopie enthüllt wurden. Dies wird durch die subnanometer-genaue Kontrolle der Dicke von Dünnschichten unter Verwendung von keilförmigen HM|Ni-Heterostrukturen ermöglicht. Durch den Einsatz eines multikomponenten Terahertz-Emissionsmodells extrahieren wir quantitativ die orbitalen MFPs und stellen konsistent fest, dass sie kürzer sind als ihre Spin-Gegenstücke. Darüber hinaus schließen Kontrollversuche aus, dass die interfaciale Umwandlung von orbitalen in Ladungsströme der dominante Mechanismus ist, was bestätigt, dass der Prozess vom bulk-inversen orbitalen Hall-Effekt gesteuert wird. Unsere Ergebnisse lösen eine zentrale Kontroverse in der Orbitronik und liefern wichtige Einblicke in die orbitalen Transport- und Umwandlungsmechanismen.
Guan et al. (Tue,) untersuchten diese Frage.