三维拓扑绝缘子的可调太赫兹辐射

2020-11-04 16:25   来源: 互联网    阅读次数:2474

太赫兹(THz)波位于毫米波和远红外频段之间,是一种电磁波段,至今还没有得到充分的认识和理解。北京航空航天大学的吴晓军率领一组研究人员积极探索了解和控制太赫兹辐射的方法。吴指出太赫兹波在扩大实际应用(从成像到信息加密)方面有很大的潜力,但太赫兹科技的发展受到缺乏足够有效信号源的阻碍。


吴的团队一直在研究碲化铋(Bi2Te3)的三维拓扑绝缘子,作为有效太赫兹系统的基础。他们最近系统地研究了飞秒激光脉冲驱动的Bi2Te3纳米薄膜的太赫兹辐射。他们关于高级光子学的报告证明了任意可调偏振态的手性太赫兹波的有效产生,它允许控制手性、椭圆和纺锤体。


吴先生认为,碲化铋是基于片上拓扑绝缘体的太赫兹系统的理想选择。它在太赫兹发射、探测和调制方面有着良好的应用前景。深入研究的拓扑绝缘子具有特殊的自旋动量锁定表面状态,并且可以通过各种因素(如原子层数)进行精确调整。吴解释说,太赫兹源可以有效地辐射线性和圆极化太赫兹波,并且具有可调的手性和极化性。这将促进太赫兹科学的发展及其在超快太赫兹光电自旋电子学、基于偏振的太赫兹光谱和成像、太赫兹生物传感器、太赫兹通信和信息加密等领域的发展。


Bi2Te3的偏振可调太赫兹发射示意图(A)具有水平线性极化(Hlp)、垂直线性极化(Vlp)、左手圆极化(Lcp)和右圆偏振(Rcp)飞秒激光脉冲照射拓扑绝缘体Bi2Te3并产生偏振可调太赫兹波。(B)宏观上依赖于螺旋度的光电流,只能产生单向自旋电流。


线性极化太赫兹波的产生与处理


吴的团队对飞秒激光脉冲驱动的拓扑绝缘体Bi2Te3纳米薄膜的太赫兹辐射进行了系统的研究。他们发现线性极化太赫兹波是由Bi2Te3中Bi-Te原子在线性偏振光激发后电子密度的超快重分布所形成的位移电流引起的。超快移电流有助于线性极化太赫兹辐射.由于Bi2Te3的晶格特性,根据样品的方位角,辐射太赫兹波在旋转角三倍时总是线性极化。通过控制入射激光的偏振方向,可以方便地控制太赫兹波的偏振角。

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吴解释说,为了产生圆极化的太赫兹脉冲,必须同时调整泵浦激光器的偏振度和样品的方位角,当样品的方位角固定时,由于固有时间所引起的线性光电效应(LPGE)和圆光电效应(CPGE)的组合,还可以得到不同椭圆度和纺锤体的椭圆太赫兹光束,以及LPGE驱动的THz与CPGE驱动的THz的电场分量之间的延迟。在它们的期望范围内,它们可以通过改变入射激光器的螺旋度来控制发射太赫兹波的啁啾。


吴解释说:"依靠螺旋的电流是获得自旋极化太赫兹脉冲的关键原因,因为我们可以通过改变螺旋来不断调整其振幅和极性。"本文详细讨论了圆极化太赫兹辐射的实现和控制。


作者乐观地认为,他们的工作将有助于进一步了解飞秒相干控制光学物质相互作用中的超快自旋电流,并将为产生自旋极化太赫兹波提供一种有效的方法。吴指出,偏振操作是朝着有效调节源处畸变的太赫兹波的目标迈出的一步。




责任编辑:无量渡口
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