[發(fā)明專利]一種數(shù)字可編程的陣列化自旋太赫茲源器件

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• 申請日: 2022-07-08
• 公開（公告）號: CN115202076A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張婕;聶天曉;楊晴;田祺云
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)杭州創(chuàng)新研究院
• 主分類號: G02F1/00
• 分類號: G02F1/00;H01Q15/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 趙興華

本發(fā)明提供了一種數(shù)字可編程的陣列化自旋太赫茲源器件，涉及電磁波發(fā)射和調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，包括發(fā)射裝置和調(diào)控系統(tǒng)，發(fā)射裝置和調(diào)控系統(tǒng)連接；調(diào)控系統(tǒng)用于向發(fā)射裝置傳輸電流，通過電流調(diào)控發(fā)射裝置發(fā)射的太赫茲波；發(fā)射裝置包括由若干個編碼單元構(gòu)成的圖案化陣列，發(fā)射裝置用于發(fā)射太赫茲波，編碼單元包括異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)由鐵磁層和非鐵磁層組成，鐵磁層包括二維鐵磁材料和鐵磁金屬，非鐵磁層包括拓撲絕緣體、拓撲半金屬和重金屬；本發(fā)明中利用拓撲材料和二維鐵磁材料材料分別作為發(fā)射裝置非鐵磁層和鐵磁層材料，提高了發(fā)射裝置的發(fā)射效率，本發(fā)明將太赫茲發(fā)射裝置與調(diào)控系統(tǒng)電連接，實現(xiàn)了太赫茲波發(fā)射和調(diào)控一體化，減少了太赫茲波的傳輸損耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁波發(fā)射和調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種數(shù)字可編程的陣列化自旋太赫茲源器件。

背景技術(shù)

對于太赫茲調(diào)控，目前常用的最接近本方案的調(diào)控方法有數(shù)字編碼的超表面，其原理為通過利用電磁場在單元結(jié)構(gòu)兩側(cè)產(chǎn)生的相位以及幅度的突變特性，從而調(diào)控電磁波在空間中的相位以及幅度的分布。具體來說，編碼超表面單元的工作狀態(tài)可以由有限個二進制數(shù)值來表示，其單元結(jié)構(gòu)可以由1-bit編碼，2-bit編碼甚至多bit編碼構(gòu)成。對于1-bit編碼結(jié)構(gòu)，可以由相位差為180°兩種單元分別表示數(shù)字“0”和“1”，這些數(shù)字表征的單元結(jié)構(gòu)在二維平面上以M×N的結(jié)構(gòu)周期性排列，即有2^M×N種排列方式，每一種排列方式對應(yīng)一種編碼圖案，實現(xiàn)一種調(diào)制功能。但發(fā)射模塊與調(diào)控模塊分離不僅會增強太赫茲波的傳輸損耗，還限制調(diào)控速度。

因此，本領(lǐng)域亟需一種能夠降低損耗，提高調(diào)控速度和效率的太赫茲波調(diào)控的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)字可編程的陣列化自旋太赫茲源器件，采用拓撲材料和二維鐵磁材料等新興材料分別作為發(fā)射裝置的非鐵磁層和鐵磁層材料，將發(fā)射裝置和調(diào)控系統(tǒng)一體化，不需要通過超表面來調(diào)控電磁波，而是通過控制編碼單元上電流的大小和/或電流極性來調(diào)控太赫茲波，對太赫茲波進行低損耗、高速地調(diào)控，解決了現(xiàn)有調(diào)控技術(shù)中高傳輸損耗和低調(diào)控速度的問題，降低太赫茲波的損耗的同時提高了調(diào)控速度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種數(shù)字可編程的陣列化自旋太赫茲源器件，包括：

發(fā)射裝置和調(diào)控系統(tǒng)；所述發(fā)射裝置與所述調(diào)控系統(tǒng)一體化連接；

所述發(fā)射裝置包括圖案化陣列，所述圖案化陣列包括若干個編碼單元；所述發(fā)射裝置用于發(fā)射太赫茲波，所述編碼單元包括異質(zhì)結(jié)；

所述異質(zhì)結(jié)包括第一異質(zhì)結(jié)或第二異質(zhì)結(jié)；所述第一異質(zhì)結(jié)從下往上依次由鐵磁層和非鐵磁層組合而成；所述第二異質(zhì)結(jié)從下往上依次由非鐵磁層、鐵磁層和非鐵磁層組成；所述鐵磁層包括二維鐵磁材料和鐵磁金屬，所述非鐵磁層包括拓撲絕緣體、拓撲半金屬和重金屬。

所述調(diào)控系統(tǒng)用于通過控制所述若干個編碼單元上電流的大小和/或控制所述若干個編碼單元上的電流極性的改變來調(diào)控太赫茲波。

可選的，所述二維鐵磁材料包括：Fe_xGeTe₂、CrTe₂中的一種；由于鐵磁層和非鐵磁層之間通過范德華力相互作用與相鄰層結(jié)合，二維鐵磁材料能夠擺脫晶格匹配和兼容性的限制，并且二維鐵磁材料能夠獲得界面處沒有懸掛鍵且原子級別平整度的高質(zhì)量界面，能夠顯著降低界面自旋損耗，在大幅提高發(fā)射效率的同時能夠?qū)崿F(xiàn)自旋太赫茲的高力學(xué)柔韌性與可集成化。

可選的，所述鐵磁金屬包括：Co、Fe和Ni中的一種或多種。