Исследователи разрабатывают широкополосные терагерцовые излучатели

Исследователи из Фуданьского университета разработали новый спинтронно-метаповерхностный терагерцовый излучатель, который позволяет эффективно генерировать хиральные терагерцовые волны и манипулировать ими.

Методы получения терагерцового излучения обычно страдают от низкой эффективности или узкой полосы пропускания, однако ученые придумали элегантное и гибкое решение.

Терагерцовое излучение, находящееся в электромагнитном спектре между инфракрасным и микроволновым, обладает рядом преимуществ для фундаментальных исследований. Возможность генерировать и манипулировать широкополосными хиральное терагерцовое излучение необходима для применения в зондировании, спектроскопии и медицинской диагностике. 

Получить циркулярно поляризованные когерентные терагерцовые волны можно тремя способами:

• Напрямую из газовой плазмы, путем применения внешних полей или комбинированной схемы двухцветного лазера;
• преобразованием частоты в нелинейных кристаллах и топологических материалах;
• внедряя пассивные оптические компоненты.

Новые спинтронные терагерцовые излучатели оказались высоконадежными, недорогими, эффективными и гибкими в применении. Они состоят из чередующихся магнитных многослойных гетероструктур толщиной всего в несколько нанометров. Под воздействием внешнего магнитного поля и лазерного излучения в слое ферромагнитного материала возбуждается продольный спиновый ток, а благодаря спин-орбитальному взаимодействию в немагнитном слое, спиновый ток преобразуется в ток поперечного заряда, что приводит к излучению когерентных терагерцовых волн. Поперечное анизотропное ограничение индуцированных лазером зарядовых токов, накладываемое структурой метаповерхности, приводит к хиральному излучению терагерцовых волн.

Исследователи продемонстрировали, что при такой генерации получается превосходная круговая поляризация в широком терагерцовом диапазоне частот (1-5 ТГц), при этом эффективность генерации сравнима с коммерчески доступными нелинейными кристаллами. Конструкция также позволяет гибко манипулировать состоянием терагерцовой поляризации с помощью магнитного поля.

Налаженное производство тонких металлических пленок позволяет перерабатывать эти спинтронные излучатели в метаповерхности, что скомбинирует положительные стороны и тех, и других и, несомненно, покажет большой потенциал для практического использования.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Photonics