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自旋电子新突破——物理学家开发微型太赫兹源
发布时间:2021-09-27 14:35:25 阅读:123

来源:江苏激光产业创新联盟

微型太赫兹辐射源的示意图

    太赫兹辐射介于电磁波谱中的微波和不可见红外辐射之间,应用范围很广,从材料测试到通信和安全技术都是其重要的应用领域。比如在材料学中,它就被用来研究不透明材料。

    MLU大学的物理学家Georg Woltersdorf教授解释道:“太赫兹辐射没有电离效应,不会从原子中移除电子,因此与X射线不同,这种辐射不会对健康构成风险。这就是为什么它会被用于机场全身扫描仪。”

    到目前为止,太赫兹辐射只能通过相对复杂的设备产生,这也导致了其尚未被广泛应用于研究。Woltersdorf的团队的设计是将过程趋于小型化,并在特定的所需地点产生辐射——比如直接在电子芯片上产生太赫兹辐射。

    在实验中,他们使用了一种能产生持续约250飞秒光脉冲的高功率激光器(一飞秒即为一秒的十亿分之一)。这些极短的光脉冲随后被引导到磁性纳米结构上,以激发其内部的电子。这就产生了一个强烈的自旋电流脉冲。简而言之,自旋是电子的内在角动量,构成了磁性的基础。当电子被激发时,所谓的自旋电流流过纳米结构的界面层。逆自旋霍尔效应将其转换成太赫兹电流脉冲。这可最终在芯片上产生所需的太赫兹辐射,可以直接耦合到导线结构中并加以利用。

电信号(红色实线)和电光信号(紫色实线)的测试能谱。

    未来该团队可能再次基础上获得更多突破,利用外部磁场可以调节电流的极性。现阶段尚未实现。未来这种微型太赫兹源的应用范围可以从科学研究到高频电子、医学、材料测试和通信技术等多领域。

    来源:Hoppe W. et al. On-Chip Generation of Ultrafast Current Pulses by Nanolayered Spintronic Terahertz Emitters. ACS Applied Nano Materials (2021).

    江苏激光联盟陈长军

 
 

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