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产生太赫兹波的非相对论和非磁性机制
发布时间：2023-09-15 16:28:55编辑：施星仁来源：
科学家和工程师不断开发更快、更强大的技术设备。但需要更快、更高效的电子产品。一个有前途的途径是利用太赫兹波，这是位于红外和微波区域之间的电磁频谱中较少被探索的部分。太赫兹波对传导系统中的电荷载流子特别敏感，成为了解新材料磁性的强大探针。
对纳米级界面处光感应充电电流的精确和超快控制可以极大地帮助对超快电子和相干太赫兹源的追求。现有的方法，包括逆自旋霍尔效应(ISHE)、逆Rashba-Edelstein效应和逆自旋轨道扭矩效应，将磁性材料的纵向注入自旋极化电流转换为横向充电电流，从而产生太赫兹波。然而，这些相对论机制依赖于外部磁场，并受到自旋极化率低和以自旋霍尔角为特征的相对论自旋电荷转换效率的影响。
在此背景下，发表在 《高级光子学》上的一项新研究 引入了一种非相对论和非磁性方法，该方法直接利用光触发的跨界面度电荷电流。这项开创性工作由复旦大学表面物理国家重点实验室、物理系、微纳光子结构重点实验室、上海量子科学研究中心、高等量子研究中心、复旦大学物理系的研究人员共同完成。中国北京师范大学物理系。
该研究利用了两种导电金红石氧化物的电各向异性：反铁磁性 RuO 2 和非磁性 IrO 2。这些氧化物的单晶薄膜可以偏转从光激发金属薄膜注入的超扩散充电电流，将它们从纵向重定向到横向。这个过程产生高效的宽带太赫兹辐射。
研究人员在薄膜中使用了多种金属，发现铂 (Pt) 是最有前途的。他们制造了Pt/RuO 2 (101)和Pt/IrO 2 (101)薄膜异质结构并测量了它们的太赫兹振幅。基于红外的系统产生的信号强度是基于非线性光学晶体和光电导开关的商用太赫兹源产生的信号的三倍。
与依赖充电电流转换为自旋极化电流的传统方法相比，新方法利用导电材料的固有特性，消除了自旋极化的需要。此外，这种新机制提供了与 ISHE 机制相当的高太赫兹转换效率。值得注意的是，使用易于获得的具有高度各向异性电导率的导电材料是提高转换效率的关键。因此，与现有技术相比，这种方法具有更大的灵活性和可扩展性，而现有技术受到进一步增加重金属材料自旋霍尔角的挑战的限制。
这项技术的影响超出了高效太赫兹波的产生范围。它通过利用金属界面上度电荷电流的潜力，为能量收集、超快电子学和太赫兹光谱带来了希望。这将导致各种现代技术的进步，包括太阳能电池、人工光合作用和高效光电器件。
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