【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】由于其優(yōu)越的波譜性能，太赫茲(1011~1013Hz)相關(guān)技術(shù)在通訊、安檢、傳感、國家安全等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，被稱為“改變未來世界的十大技術(shù)之一”。其廣泛的工程應(yīng)用依賴于多樣的太赫茲元器件。相對于成熟的微波與光學(xué)技術(shù)，太赫茲源、太赫茲調(diào)制器、太赫茲探測器等太赫茲核心元器件的開發(fā)方興未艾。
瞄準(zhǔn)太赫茲核心元器件這一前沿研究方向，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心盛志高課題組繼2018年發(fā)明一種基于二維材料石墨烯的太赫茲應(yīng)力調(diào)制器【Adv. Optical Mater.6, 1700877(2018)】、2020年發(fā)明一種基于強(qiáng)關(guān)聯(lián)氧化物的太赫茲寬帶光控調(diào)制器【ACS Appl. Mater. Inter. 12, 48811(2020)】之后，與該院固體物理研究所、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)組成聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊，開展了新型太赫茲源的研發(fā)。相關(guān)研究成果以“Phonon-Related Monochromatic THz Radiation and its Magneto-Modulation in 2D Ferromagnetic Cr2Ge2Te6”為題發(fā)表在Advanced Science 2021, 2103229上，并申請了發(fā)明專利。
物質(zhì)的基本粒子可以分成兩種，一種自旋是半整數(shù)，被稱為費米子(比如電子)，另一種自旋是整數(shù)，被稱為玻色子(比如聲子)。目前常見的太赫茲源(如光電導(dǎo)天線、光整流等)均是基于費米子的輻射源，一般發(fā)射寬帶太赫茲波。相對而言，單頻可調(diào)諧的太赫茲源有著更為廣泛的應(yīng)用前景，亟待開發(fā)。聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊采用理論與實驗相結(jié)合的方法，選擇二維范德瓦爾斯磁性半導(dǎo)體Cr2Ge2Te6晶體作為基材，創(chuàng)新性地挖掘其范德瓦爾斯層間呼吸聲子模(玻色子)的優(yōu)異特性，研發(fā)出了頻率為~0.9 THz的單頻太赫茲輻射。最為重要的是：一方面，得益于其玻色子特性，該太赫茲輻射源具有“零閾值”，高品質(zhì)因數(shù)和高輻射效率等優(yōu)點；另一方面，由于二維磁性Cr2Ge2Te6中存在強(qiáng)自旋晶格耦合，磁場可以對該聲子單頻太赫茲輻射有效地進(jìn)行調(diào)控。
這一聲子單頻太赫茲源的成功研發(fā)不僅有助于低維磁性材料中聲子極化子的理解，而且為新型太赫茲源的實現(xiàn)提供了全新策略。
強(qiáng)磁場科學(xué)中心成龍博士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李慧平博士為論文的共同第一作者，強(qiáng)磁場科學(xué)中心盛志高研究員、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)朱文光教授、固體物理研究所羅軒研究員為論文的通訊作者。本研究得到了強(qiáng)磁場科學(xué)中心張蕾研究員的大力支持，高質(zhì)量樣品由林高庭博士提供。合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場科學(xué)中心為第一作者和通訊作者單位。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點研究、強(qiáng)磁場安徽省實驗室方向基金和合肥大科學(xué)中心高端用戶培育基金的支持。
基于范德瓦爾斯phonon-polariton的單頻太赫茲輻射示意圖
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