[發明專利]一種基于自旋濾波的太赫茲發射器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011477529.4
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112563864B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 金鉆明;朱亦鳴;彭滟;莊松林
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02
• 代理公司: 上海邦德專利代理事務所(普通合伙) 31312
• 代理人: 王文娟

1.一種基于自旋濾波的太赫茲發射器，其特征在于，包括：

襯底基片、設置于所述襯底基片上的鐵磁層、設置于所述鐵磁層上的自旋濾波層、設置于所述自旋濾波層上的非磁層及設置于所述非磁層上的覆蓋層；

所述鐵磁層為鐵磁材料制成的鐵磁金屬層或鐵磁絕緣層；

所述自旋濾波層為高自旋極化度的鐵磁體或者具有半金屬電子結構的鐵磁合金；

其中，鐵磁金屬層/自旋濾波層/非磁性層構成的金屬磁性多層膜結構，自旋濾波層為高自旋極化度的鐵磁體，該太赫茲波發射器由膜層制備技術在襯底基片上依次制備出各層薄膜，其中通過插入自旋濾波層來達到增強自旋流的注入效率的目的；

或鐵磁絕緣層/自旋濾波層/非磁性層構成的異質結構，自旋濾波層為具有半金屬電子結構的鐵磁合金，且自旋濾波層通過鐵磁絕緣體與重金屬高溫800℃氧氣氛圍退火1小時后形成，通過高溫退火工藝調控鐵磁絕緣體與非磁層界面的自旋混合電導率，具備自旋濾波效應。

2.如權利要求1所述的一種基于自旋濾波的太赫茲發射器，其特征在于，所述鐵磁材料包括Co、Ni、CoFeB、NdFeB、NiFe、CoPt、CoFe，厚度為2～10nm，所述鐵磁絕緣層為Y₃Fe₅O₁₂、LaY₂Fe₅O₁₂，厚度為10～60nm。

3.如權利要求1所述的一種基于自旋濾波的太赫茲發射器，其特征在于，所述自旋濾波層包括Fe、Co₂FeSi、Co₂FeAl、Co₂CrSi、Co₂MnSi、Co₂MnGe、Co₂CrAl、Zr₂MnAl，厚度為1-2nm。

4.如權利要求1所述的一種基于自旋濾波的太赫茲發射器，其特征在于，所述非磁層為具有強自旋軌道耦合效應的重金屬，包括Au、W、Pt、Pd，厚度為2～10nm。

5.如權利要求1所述的一種基于自旋濾波的太赫茲發射器，其特征在于，所述非磁層為具有強自旋軌道耦合效應的拓撲絕緣體，包括Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、Sb₂Te₃，厚度為2～10nm。

6.如權利要求1所述的一種基于自旋濾波的太赫茲發射器，其特征在于，所述自旋濾波層為鐵磁絕緣體與重金屬的界面，所述重金屬為Pt，厚度為3nm。

7.如權利要求1所述的一種基于自旋濾波的太赫茲發射器，其特征在于，所述覆蓋層為氧化物或者惰性金屬，包括MgO、SiO₂、Al、Ta，厚度為1～3nm，所述襯底基片為具有高的透過率的介質或晶體，襯底基片為石英片、氧化鎂、高阻硅、石榴石或藍寶石的一種，厚度為0.1-0.5mm。

8.如權利要求1所述的一種基于自旋濾波的太赫茲發射器制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、選擇襯底基片，并對襯底基片進行清洗，準備鍍膜材料；

S2、利用物理化學方法對襯底基片進行鍍膜；

S3、分別生成鐵磁層、自旋濾波層、非磁層及覆蓋層；

S4、進行切割使用；

S5、搭建THz發射系統，測試太赫茲發射器的發射性能。

9.如權利要求1所述的一種基于自旋濾波的太赫茲發射器制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S11、選擇襯底基片，并對襯底基片進行清洗，準備鍍膜材料；

S12、利用物理化學方法對襯底基片進行鍍膜；

S13、生長鐵磁絕緣薄膜及重金屬薄膜；

S14、進行退火工藝處理，制備自旋濾波層；

S15、利用物理化學方法鍍膜，生長非磁層與覆蓋層；

S16、搭建THz發射系統，測試太赫茲發射器的發射性能。