[發明專利]一種全范德華自旋太赫茲發射器及調控太赫茲波強弱以及極性的方法

在審

• 申請號: 202110980497.8
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113922192A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 聶天曉;王海宇;楊晴
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮;張德斌

本發明涉及一種全范德華自旋太赫茲發射器及調控太赫茲波強弱以及極性的方法。該全范德華自旋太赫茲發射器包括：飛秒激光器、納米薄膜、電壓源；飛秒激光器用于輸出穿透納米薄膜的泵浦激光，以產生第一太赫茲脈沖；納米薄膜為非鐵磁層和鐵磁層構建的全范德華異質結構；鐵磁層的材料為二維磁性材料；電壓源用于向非鐵磁層輸入電流，調控非鐵磁層材料的費米能級距離狄拉克點的位置以改變第一太赫茲脈沖的強弱，以及產生極性相反的第二太赫茲脈沖。本發明還提供了一種調控太赫茲波強弱以及極性的方法。上述太赫茲波發生器是采用二維鐵磁材料制備鐵磁層，與由范德華拓撲材料制成的非鐵磁層構建全范德華異質結構。

技術領域

本發明涉及太赫茲發射及調控領域，具體涉及一種高效的全范德華自旋太赫茲發射器及調控太赫茲波強弱以及極性的方法。

背景技術

太赫茲(THz)波包含了頻率為0.1-10THz的電磁波，是介于微波和紅外線之間的電磁波，該特點具有透視能力強、安全性與定向性好、帶寬大、以及時間與空間分辨率高等技術優勢。太赫茲技術的發展在物理、化學、電子信息、生命科學、材料科學、通訊雷達以及國家安全等領域具有獨特的優越性和巨大的應用前景。

目前，自旋太赫茲發射源的機理主要是利用飛秒激光脈沖照射鐵磁層與非鐵磁層異質結構，鐵磁層中的電子受到光的激發躍遷至費米能級之上，從而產生不平衡的電子分布。光所激發的大多數自旋電子(自旋向上)主要具有類sp帶軌道特性，而少數平衡電子(自旋向下)則具有類d帶的軌道特性。由于二者的運動速度和壽命有所不同，因此自旋向上的電子將在鐵磁/非鐵磁的界面積累，最終實現自旋流向非鐵磁的注入。在鐵磁/非鐵磁的界面，由于逆自旋霍爾效應或逆Rashba-Edelstein效應，自旋流轉變為ps量級的電荷流，進而輻射出太赫茲。

常用的自旋電子太赫茲波發射器主要是由重金屬材料(鉑、鎢、鉭等)組成的非鐵磁層和由鈷鐵硼合金等三維材料組成的鐵磁層材料構建成的異質結構近年來，伴隨著通信技術發展進入“太赫茲時代”，社會各界對低成本、小型化、多功能的高效太赫茲源的需求也日益加劇。二維材料的問世，為解決上述問題帶來曙光。

二維材料是指電子僅可在兩個維度的納米尺度上平面運動的材料，該納米尺度包含了1-100nm的范圍。鐵磁性在信息處理、磁存儲等技術上具有廣泛應用價值，穩定的鐵磁態保持在單原子層極限厚度的薄膜中可實現高效率、高集成度等優勢，因此二維磁性材料引起了廣泛的關注。現如今，研究最多的具有面內磁各向異性的二維磁性材料是以Fe₄GeTe₂和Fe₅GeTe₂作為主要代表，這些材料的居里溫度接近于室溫，且可解理至單層厚度，同時具備良好的物理和化學穩定性，易于調制。

目前，所報道的調控二維磁性材料居里溫度的最佳方法是通過拓撲材料與二維磁性材料相互耦合利用界面工程效應可將居里溫度提高至室溫以上。有鑒于此，基于二維材料及其他新型材料構建一種新的高效室溫全范德華自旋電子太赫茲波發射器尤為重要。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種高效的全范德華自旋太赫茲發射器及調控太赫茲波強弱以及極性的方法。

為達到上述目的，本發明提供了一種全范德華自旋太赫茲發射器，其包括：飛秒激光器、納米薄膜、電壓源，其中：

所述飛秒激光器用于輸出穿透納米薄膜的泵浦激光，以產生第一太赫茲脈沖；

所述納米薄膜為非鐵磁層和鐵磁層構建的全范德華異質結構；所述鐵磁層的材料為二維磁性材料；

所述電壓源用于向非鐵磁層輸入電流，調控非鐵磁層材料的費米能級距離狄拉克點的位置以改變第一太赫茲脈沖的強弱，以及產生極性相反的第二太赫茲脈沖。

根據本發明的具體實施方案，在上述全范德華自旋太赫茲發射器中，鐵磁層可以是通過分子束外延等方法生長于非鐵磁層之上。