在基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用中具有獨特的優(yōu)勢。產(chǎn)生和操縱寬帶手性太赫茲波的能力對于材料成像、太赫茲傳感和醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用至關(guān)重要。它還可以為非線性太赫茲光譜以及手性分子和磁性材料的相干控制開辟新的可能性，最終可以實現(xiàn)新藥開發(fā)和快速數(shù)據(jù)存儲。
可以通過多種方式產(chǎn)生和控制圓偏振相干太赫茲波。目前使用的方法有三種：(1)氣體等離子體直接產(chǎn)生，通過施加外場或組合的雙色激光方案;(2) 非線性晶體和磁性和新型拓撲材料中的特殊變頻技術(shù);(3) 無源光器件的實現(xiàn)。這些方法通常效率低、帶寬窄或靈活性差。仍然需要一種高性能、靈活且經(jīng)濟的解決方案，用于在太赫茲范圍內(nèi)產(chǎn)生和處理寬帶、圓極化和相干波。
最近，新型自旋電子太赫茲發(fā)射器因其低成本、高度可靠、高效和靈活的選擇而受到關(guān)注。這些發(fā)射器由只有幾納米厚的磁性多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)組成。在外部磁場和激光照射下，在鐵磁材料層中激發(fā)縱向自旋流。然后，由于非磁性層中自旋和軌道之間的強相互作用，自旋流被轉(zhuǎn)換為橫向電荷電流，從而產(chǎn)生相干太赫茲波輻射。已建立的金屬薄膜微納米制造允許將這些自旋電子發(fā)射器加工成超表面，這為應(yīng)用開辟了巨大的潛力。
正如Advanced Photonics報道的那樣，復(fù)旦大學(xué)的研究人員最近提出并開發(fā)了一種新型的自旋電子超表面太赫茲發(fā)射器，它允許以高效且高度靈活的方式產(chǎn)生和操縱手性太赫茲波。發(fā)射器由排列成多層條紋的交替磁性異質(zhì)結(jié)構(gòu)組成。太赫茲輻射是通過在定向的外部磁場下用激光脈沖激發(fā)發(fā)射器而產(chǎn)生的。由超表面結(jié)構(gòu)施加的激光感應(yīng)電荷電流的橫向各向異性限制導(dǎo)致手性太赫茲波發(fā)射。
研究人員證明，可以在較寬的太赫茲帶寬(1 – 5 THz)上實現(xiàn)出色的圓偏振(ε> 0.75)，其產(chǎn)生效率可與市售非線性晶體相媲美。該設(shè)計還允許通過磁場靈活操縱太赫茲極化狀態(tài)和螺旋度。混合太赫茲發(fā)射器結(jié)合了自旋電子發(fā)射器(超寬帶、高效和高度靈活)與超表面的優(yōu)點，可在超緊湊平臺上對發(fā)射的太赫茲波的偏振態(tài)進行強大控制。
復(fù)旦大學(xué)表面物理國家重點實驗室陶振生表示，“這項工作為超表面定制自旋電子發(fā)射器以有效產(chǎn)生和控制太赫茲波開辟了一條新途徑。超寬帶、高效自旋電子發(fā)射器和具有預(yù)設(shè)計功能的超表面的結(jié)合，可能會導(dǎo)致更多類型的發(fā)射設(shè)備用于不同的空間和時間太赫茲波形。”Tao 指出，這種技術(shù)進步可能最終導(dǎo)致在空間和時間上具有亞周期精度的太赫茲波的任意場設(shè)計。
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