江蘇鐳射聯盟導讀：
馬丁路德大學哈雷-維滕貝格大學（Martin Luther University Halle-Wittenberg-MLU)和柏林自由大學（Freie Universität Berlin）的研究人員在《ACS Applied Nano Materials》上發表了他們的研究，稱他們開發了一種產生太赫茲輻射的簡單新方法，利用強鐳射脈衝可控制太赫茲電磁場直接在特定點產生。
微型太赫茲輻射源的示意圖
太赫茲輻射介於電磁波譜中的微波和不可見紅外輻射之間，應用範圍很廣，從材料測試到通訊和安全技術都是其重要的應用領域。比如在材料學中，它就被用來研究不透明材料。
MLU大學的物理學家Georg Woltersdorf教授解釋道：“太赫茲輻射沒有電離效應，不會從原子中移除電子，因此與X射線不同，這種輻射不會對健康構成風險。這就是為什麼它會被用於機場全身掃描器。”
到目前為止，太赫茲輻射只能透過相對複雜的裝置產生，這也導致了其尚未被廣泛應用於研究。Woltersdorf的團隊的設計是將過程趨於小型化，並在特定的所需地點產生輻射——比如直接在電子晶片上產生太赫茲輻射。
在實驗中，他們使用了一種能產生持續約250飛秒光脈衝的高功率鐳射器（一飛秒即為一秒的十億分之一）。這些極短的光脈衝隨後被引導到磁性奈米結構上，以激發其內部的電子。這就產生了一個強烈的自旋電流脈衝。簡而言之，自旋是電子的內在角動量，構成了磁性的基礎。當電子被激發時，所謂的自旋電流流過奈米結構的介面層。逆自旋霍爾效應將其轉換成太赫茲電流脈衝。這可最終在晶片上產生所需的太赫茲輻射，可以直接耦合到導線結構中並加以利用。
電訊號(紅色實線)和電光訊號(紫色實線)的測試能譜。
未來該團隊可能再次基礎上獲得更多突破，利用外部磁場可以調節電流的極性。現階段尚未實現。未來這種微型太赫茲源的應用範圍可以從科學研究到高頻電子、醫學、材料測試和通訊技術等多領域。
來源：Hoppe W. et al. On-Chip Generation of Ultrafast Current Pulses by Nanolayered Spintronic Terahertz Emitters. ACS Applied Nano Materials (2021). doi: 10.1021/acsanm.1c01449
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