【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(guó)家安全等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，被稱為“改變未來(lái)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(duì)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(cè)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(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)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(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)組成聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，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(qǐng)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(fèi)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(fèi)米子的輻射源，一般發(fā)射寬帶太赫茲波。相對(duì)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(duì)采用理論與實(shí)驗(yàn)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(diǎn)；另一方面，由于二維磁性Cr2Ge2Te6中存在強(qiáng)自旋晶格耦合，磁場(chǎng)可以對(duì)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(shí)現(xiàn)提供了全新策略。
 

　　強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心成龍博士、中國(guó)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(chǎng)科學(xué)中心盛志高研究員、中國(guó)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(chǎng)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(chǎng)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究、強(qiáng)磁場(chǎng)安徽省實(shí)驗(yàn)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