太赫茲（THz）波可以用來探測新材料的磁性。高效的太赫茲波產(chǎn)生技術(shù)可以促進(jìn)能量收集、超快電子和太赫茲光譜的應(yīng)用。

通過高頻、高密度充電電流可以實現(xiàn)明亮、相干的太赫茲光源。通過用飛秒激光脈沖激發(fā)納米級的金屬界面，可以產(chǎn)生比電子設(shè)備中常見的電流密度高幾個數(shù)量級的強電流密度。

據(jù)《激光制造網(wǎng)》了解，為了利用高密度電荷電流產(chǎn)生太赫茲波，復(fù)旦大學(xué)、上海量子科學(xué)研究中心、北京師范大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種與其他技術(shù)不同的非相對論、非磁性方法——直接利用激光激發(fā)的高密度電荷電流穿過納米級金屬界面。這方法利用了某些材料的各向異性導(dǎo)電性，并消除了將電荷電流轉(zhuǎn)換為自旋極化電流的需要。這項研究發(fā)表在《Advanced Photonics（先進(jìn)光子學(xué)）》上。

研究人員利用電各向異性，基于導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)構(gòu)開發(fā)了一種用于太赫茲脈沖形成的非相對論機(jī)制。（a）各向異性導(dǎo)體RuO₂和IrO₂的電導(dǎo)率張量的橢球體。（b）所產(chǎn)生脈沖的特征（c，d）。

為了將激光激發(fā)的電荷電流轉(zhuǎn)換為高效的寬帶太赫茲輻射，研究人員使用了各向異性導(dǎo)電異質(zhì)結(jié)構(gòu)。他們特別依賴于兩種導(dǎo)電金紅石氧化物的電各向異性：反鐵磁氧化釕（IV）（RuO_2）和非磁性氧化銥（IV）（IrO_2）。

這些氧化物的單晶膜可以偏轉(zhuǎn)從光學(xué)激發(fā)的金屬薄膜注入的超擴(kuò)散電荷電流，并將電流從縱向重新定向到橫向。研究人員發(fā)現(xiàn)，將激光激發(fā)的高密度縱向電荷電流直接轉(zhuǎn)換為橫向電流，可以在不需要外部磁場的情況下高效產(chǎn)生太赫茲波。

研究人員確定，在幾種不同的金屬中，鉑（Pt）最適合制造他們的方法所需的薄膜。他們制造了Pt/RuO₂（101）和Pt/IrO₂（101）薄膜異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并測量了這些結(jié)構(gòu)的太赫茲振幅。基于Ir的系統(tǒng)產(chǎn)生的信號強度是基于非線性光學(xué)晶體和光電導(dǎo)開關(guān)的商用太赫茲源產(chǎn)生的信號的三倍。

現(xiàn)有的產(chǎn)生太赫茲輻射的方法，包括逆自旋霍爾效應(yīng)（ISHE）、逆拉什巴·愛德斯坦效應(yīng)和逆自旋軌道轉(zhuǎn)矩效應(yīng)，都是將磁性材料縱向注入的自旋極化電流轉(zhuǎn)換為橫向電荷電流，以產(chǎn)生太赫茲波。這些相對論方法依賴于外部磁場，可以經(jīng)歷低自旋極化率和相對論自旋到電荷的轉(zhuǎn)換效率，其特征是自旋霍爾角。

與產(chǎn)生太赫茲波的傳統(tǒng)方法不同，非相對論、非磁性方法利用了導(dǎo)電材料的固有特性，無需自旋極化。此外，非相對論、非磁性方法還具有很高的太赫茲轉(zhuǎn)換效率，可與逆自旋霍爾效應(yīng)（ISHE）相媲美。

研究人員表示，使用具有高度各向異性導(dǎo)電性的現(xiàn)成導(dǎo)電材料是使用他們的技術(shù)提高轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種新的、非相對論的、非磁性的方法可以提供更大的靈活性和可擴(kuò)展性，而現(xiàn)有技術(shù)則面臨著增加重金屬材料自旋霍爾角的挑戰(zhàn)。通過利用金屬界面上高密度電荷電流的潛力來高效產(chǎn)生太赫茲波，可能會推動太陽能電池技術(shù)、人工光合作用和高效光電器件的發(fā)展。