Current-enhanced broadband THz emission from spintronic devices
光谱学应用非常需要覆盖从0.1到10 THz的宽频率范围的超宽带THz发射器。到目前为止，自旋电子太赫兹辐射源已被证明是一类高效的太赫兹源，具有宽带频谱，但在较低的频率范围（0.1至0.5太赫兹）的性能限制了它的应用。在这项工作中，我们展示了一个新的概念，一个电流增强的宽光谱的自旋电子太赫兹发射器结合半导体材料。我们观察到2-3阶增强的太赫兹信号在较低的太赫兹频率范围内（0.1至0.5太赫兹），除了从这个混合发射器在较高的频率相当的性能。在偏置电流的情况下，存在来自半导体材料的光电导贡献，其可以与由逆自旋霍尔效应驱动的磁性异质结构产生的THz信号相长地干涉。我们的研究结果推动了金属异质结太赫兹发射体在超宽带太赫兹发射光谱中的应用。
2018-12-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
THz emission from Fe/Pt spintronic emitters with L1$_{0}$-FePt alloyed interface
纳米磁学和自旋电子学的最新发展使得超快自旋物理能够用于太赫兹（THz）发射。由铁磁FM /非磁性（NM）薄膜异质结构组成的自旋子太赫兹辐射源在太赫兹光谱学中表现出了令人印象深刻的特性，在科学和工业应用中具有巨大的潜力。在这项工作中，我们专注于FM/NM界面上的太赫兹发射的影响，通过调查Fe/Pt双层工程接口。特别地，我们有意地通过插入有序的L1 $_{0}$ -FePt合金中间层来修改Fe/Pt界面。随后，我们建立了Fe/L1 $_{0}$ -FePt（2nm）/Pt配置是显着优于Fe/Pt双层结构，太赫兹发射幅度。后者取决于界面两侧的合金化程度。独特的三层结构为下一代自旋电子太赫兹发射器的材料选择开辟了新的前景。
2022-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Spintronic THz Emitters Without External Magnetic Field
本研究通过斜角沉积非磁性底层增强铁磁层单轴磁各向异性，使自旋电子太赫兹发射器无需外部磁场即可稳定发射，为无场太赫兹辐射源开发提供新途径。
2024-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Narrowband Spintronic Terahertz Emitter based on Magnetoelastic Heterostructures
窄带太赫兹（THz）辐射是高分辨率光谱识别的关键，但飞秒（fs）激光驱动的窄带THz源仍然很少见。在这里，计算预测，金属/电介质/磁致弹性异质结构能够将fs激光脉冲转换为具有窄线宽的多周期THz脉冲，其线宽低至~1.5 GHz，这与现有fs激光激发发射器的单周期宽带THz脉冲形成对比。结果表明，当金属膜和磁弹性膜的厚度都在一定范围内时，飞秒激光辐照金属膜产生的短应变脉冲可以实现太赫兹自旋波在磁弹性膜中的激发和长距离输运.这些结果揭示了一种基于异质结构设计实现窄带THz脉冲光产生的途径，对THz磁振子器件的设计也具有一定的指导意义。
2021-10-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Correlation of interface transmission in THz spintronic emitters with spin mixing conductance in spin pumping experiments
太赫兹自旋电子学是自旋电子学研究领域中的一个新方向，它将磁学、光学物理和超快光子学结合起来。该领域的实验方案涉及使用飞秒激光脉冲来触发由铁磁（FM）和非磁性（NM）薄膜组成的双层膜中的超快自旋和电荷动力学，其中NM层具有强自旋轨道耦合。太赫兹自旋电子发射器的关键技术和科学挑战是增加其强度和频率带宽。为了实现这一点，需要控制辐射源，即超快自旋电流的传输。然而，从FM到NM层的自旋电流的转移是高度界面敏感的效应。在这项工作中，我们研究了通过界面的自旋电流传输的性质，测量太赫兹发射的强度，并将其与有效自旋混合电导进行比较，这是通过界面的自旋电流传输中的关键概念之一。结果表明，自旋混合电导的界面具有较高的外延程度类似的太赫兹发射的改善增强。自旋混合电导和太赫兹辐射之间的比例关系可以定义自旋电子太赫兹发射器的工程发射的新方向。
2020-08-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Spintronic THz emitters based on transition metals and semi-metals/Pt multilayers
基于铁磁/重金属（FM/HM）异质结构中逆自旋霍尔效应的自旋子太赫兹（THz）辐射源（STE）已成为产生THz脉冲的重要光源。这些界面的设计，材料和控制在纳米水平上已经成为工程师的太赫兹emission properties至关重要的。在这项工作中，我们目前的研究，通过多管齐下的方法，利用材料和界面工程，以提高太赫兹自旋电子发射的结构优化。这包括：HM/FM结的多叠层的应用以及它们在三层结构中的应用，使用自旋阱来同时增强THz发射场并减少厚Pt层的使用以减少光吸收，以及使用半金属来增加自旋极化并因此增加THz发射。通过这些方法，可以实现THz场的显著增强。重要的是，考虑到光吸收允许阐明新的现象，如自旋扩散长度和使用太赫兹光谱的自旋阱之间的关系，以及可能区分半金属中的自和界面自旋-电荷转换。
2022-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Antenna enhanced graphene THz emitter and detector
最近对石墨烯的密集的电学和光学研究将该材料推向了光电研究的前沿。特别令人感兴趣的是几个太赫兹（THz）频率范围，其中高效光源和高灵敏度探测器的制造非常具有挑战性。在这里，我们提出了太赫兹源和探测器与石墨烯场效应晶体管（GFET）增强的双贴片天线和片上硅透镜。我们报告了石墨烯1-3 THz辐射的首次实验观察，以及在~2 THz工作的GFET热电探测器中四个数量级的性能改进。发射功率的定量分析及其不寻常的电荷密度依赖性表明显着的非热贡献的GFET。具有不同照明几何形状的偏振分辨检测测量允许对有助于整体检测器性能的各种因素进行详细和定量分析。我们的实验结果代表了实际有用的石墨烯太赫兹器件的重大进展。
2015-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient Terahertz Generation Using Fe/Pt Spintronic Emitters Pumped at Different Wavelengths
自旋电子学的最新研究表明，磁性金属多层膜是一类新型的、非常有前途的宽带太赫兹辐射源。这种自旋电子多层膜由铁磁（FM）和非磁性（NM）薄膜组成。当由超快激光脉冲触发时，它们由于逆自旋霍尔效应而产生脉冲THz辐射，逆自旋霍尔效应是一种将来自磁化FM层的光驱动自旋电流转换为NM层中的瞬态横向电荷电流的机制，从而导致THz发射。FM/NM多层膜作为THz发射体，迄今为止仅在800 nm激发波长下使用飞秒钛宝石激光器进行了深入研究。在这项工作中，我们证明了在500 μm MgO衬底上生长的2 nm Fe和3 nm Pt的优化自旋电子双层结构，当用fs光纤激光器的超快激光脉冲（脉冲宽度接近100 fs，重复频率约100 MHz）在λ = 800 nm或λ = 1550 nm激发时，与THz辐射源一样有效。即使在低入射功率水平下，Fe/Pt自旋电子发射器在两个激发波长下都表现出有效的THz辐射产生。在1550 nm处的有效THz发射器操作促进了这种自旋电子发射器在由相对低成本和紧凑的fs光纤激光器驱动的THz系统中的集成，而不需要频率转换。
2018-06-21 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Charge dynamics in spintronic THz emitters
我们表明，要正确描述自旋电子太赫兹发射器中的超快电流，有必要考虑电荷平衡。飞秒激光脉冲和逆自旋霍尔效应（ISHE）局部感应的电荷电流导致了照射区域边缘的超快充电现象。随后的放电导致具有延迟和时间常数的电流回流，该时间常数主要取决于发射极的电导率。一方面，只有这种延迟的电荷平衡允许通过太赫兹发射检测初级电流脉冲，因为瞬时回流将消除任何远场发射。另一方面，特别是对于较长的光脉冲的回流可以显着改变发射光谱相比，通过抑制低频成分的初始自旋电流脉冲。对于基于充电电流分布的自旋物理分析，重要的是要理解，自旋电流的定时不能从充电电流推断，除非ISHE和回流的贡献可以去卷积。
2022-08-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Strain Engineering of Epitaxial Pt/Fe Spintronic Terahertz Emitter
基于自旋的太赫兹（THz）发射器利用逆自旋霍尔效应，是用于产生THz电磁辐射的超现代源。为了制造具有大太赫兹振幅和带宽的强大发射器，对微观模型的基本理解是必不可少的。这项研究揭示了工程师的太赫兹发射振幅和带宽在MgO和MgAl $_2$ O $_4$（MAO）衬底上生长的外延Pt/Fe发射极的重要因素，其中衬底的选择起着重要的作用。太赫兹波的振幅和带宽受到Fe自旋源层中的感生应变的影响。一方面，太赫兹电场幅度被发现是更大的Pt/Fe生长在MgO上，即使铁膜的结晶质量是优越的，当生长在微弧氧化。这是因为当Fe生长在MgO上时，在THz区域中具有较大的缺陷密度、较小的电子弛豫时间和较低的电导率。另一方面，带宽被发现是更大的Pt/Fe上生长的微弧氧化和解释的非耦合/耦合洛伦兹振荡器模型。这项研究提供了一个有见地的途径，进一步工程金属自旋电子太赫兹发射器在适当选择的基板和发射层的微观性能。
2021-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hybrid terahertz emitter for pulse shaping and chirality control
针对太赫兹应用因需外部调制器而受限的问题，本文提出集成自旋电子发射器与半导体光电导天线PCA的混合太赫兹源，通过双波长激发和参数调控实现无外部组件的脉冲整形与手性控制，为工程化太赫兹辐射提供平台。
2024-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Charge and spin dynamics in spintronic THz emitters from Time-Dependent Density Functional Theory
Institute of Physics, Academia Sinica（中央研究院物理研究所）
本研究利用时间依赖密度泛函理论揭示Co/Pt和Co/W自旋电子THz发射器中超快自旋输运与电荷重分布的微观关联，发现材料特定电子相空间决定电荷与角动量转移差异。
2026-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene field effect transistors as room-temperature Terahertz detectors
石墨烯独特的光电特性[1]使其成为各种光子应用的理想平台[2]，包括快速光电探测器[3]，透明电极[4]，光学调制器[5]和超快激光器[6]。由于其高载流子迁移率、无带隙光谱和与频率无关的吸收系数，它已被认为是用于开发在电磁波谱（波长在数百微米范围内）的太赫兹（THz）区域中操作的检测器和调制器的非常有前途的元件，这在固态器件方面仍然严重缺乏。在这里，我们展示了基于天线耦合石墨烯场效应晶体管（FET）的高效THz探测器。这些利用非线性FET响应于在栅电极处的振荡辐射场，具有热电和光电导起源的贡献。我们展示了在0.3 THz下的室温（RT）操作，噪声等效功率（NEP）水平< 30 nW/Hz^（1/2），表明我们的设备远远超出了概念验证阶段，并且已经可以在现实环境中使用，从而实现宏观样品的大面积快速成像。
2012-03-14 cond-mat.mes-hall
Highly-efficient spintronic terahertz emitter enabled by metal-dielectric photonic crystal
自旋太赫兹（SpintronicTHz，THz）辐射源与商用THz辐射源相比，具有频谱宽、成本低、使用灵活等优点，近年来引起了人们的极大兴趣。在过去的几年中，人们在优化材料成分和结构几何方面进行了努力，并且转换效率已经接近ZnTe晶体。当前设计的缺点之一是相当有限的激光吸收-超过50%的能量被浪费，因此转换效率受到限制。在这里，我们从理论上提出并实验证明了一种新的设备，充分利用激光强度和显着提高转换效率。该器件由金属-介质光子晶体结构组成，利用多个散射波之间的干涉，同时抑制激光的反射和透射，并对激光场分布进行整形。实验检测到的激光吸收和太赫兹产生显示与理论计算一一对应。我们实现了最强的太赫兹脉冲发射，提出了1.7倍的改进相比，目前设计的自旋电子发射器。该工作从光学角度为提高自旋电子太赫兹辐射器的性能开辟了一条新的途径。
2018-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Controlling polarization of spintronic THz emitter by remanent magnetization texture
太赫兹（THz）科学和技术促进了广泛应用的快速发展，并扩大了基础科学的前沿。自旋电子太赫兹发射器提供概念上的优点，因为磁性层中的自旋取向可以容易地通过外部施加的磁场或通过由磁性元件的特定形状确定的内部磁场分布来控制。在这里，我们报告了一个可切换的太赫兹源的基础上微图案化的磁性异质结构驱动的飞秒激光脉冲。我们表明，极化状态的精确可调谐性是由微结构的形状所决定的磁性层的基本磁化织构促进的。这些结果也揭示了非均匀磁化状态在磁性异质结构中产生超快自旋电流的潜在物理机制。我们的研究结果表明，线偏振太赫兹波的发射可以通过使用偏置磁场饱和样品来打开和关闭，为具有广泛潜在应用的集成片上太赫兹器件开辟了迷人的前景。
2022-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene-based voltage-tunable coherent terahertz emitter
在$\sim 0.1$和$\sim 10$太赫兹（THz）之间的电磁波谱的一部分受到缺乏强大、有效、易于使用且廉价的发射器、检测器和混频器的影响。我们提出了一种多层石墨烯-氮化硼异质结构，它能够在室温下发射频率范围为$\sim 0.1-30$ THz的辐射，功率密度高达$\sim 0.5$ W/cm $^2$。所提出的设备非常薄，轻，灵活，几乎不可见，可以完全覆盖太赫兹辐射源的科学和技术需求。
2012-10-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coupling broadband terahertz dipoles to microscale resonators
自旋电子发射器是一类独特的太赫兹（THz）源，由于其准二维的几何形状，从而其能力耦合到谐振器近场。发射器的全局激发常常阻碍局部太赫兹偶极子与谐振器结构的各个模式之间的耦合机制的复杂细节。在这里，我们展示了空间映射的自旋电子发射器和远场光介导的结构化金属环境的本地太赫兹源之间的耦合强度。对于蝴蝶结的几何形状，实验结果再现的微观耦合机制提供见解的数值模型。通过提取开口环谐振器超颖表面和线性阵列中的THz模式结构，展示了该技术的广泛适用性。随着这些发展，具有定制的光谱和角发射轮廓的平面THz源是可访问的。
2022-09-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
High-efficiency Pt$_{75}$Au$_{25}$-based spintronic terahertz emitters
University of California Irvine（加州大学尔湾分校）；Irvine Materials Research Institute, University of California Irvine（加州大学尔湾分校欧文材料研究所）
本研究提出基于Pt75Au25合金的自旋电子太赫兹发射器，其在双层和三重层结构中实现了比传统Pt基设备更高的太赫兹输出功率，且巨旋磁Hall效应显著提升了效率。
2026-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sign inversion in the terahertz photoconductivity of single-walled carbon nanotube films
近年来，关于单壁碳纳米管（CNT）薄膜的超快光电导响应的报道相互矛盾，这些薄膜显然表现出甚至可以在符号上不同的光电导性。在这里，我们明确地观察到，太赫兹光电导的碳纳米管薄膜是一个高度可变的量与碳纳米管的长度，而手性分布的影响很小。此外，通过比较光诱导的太赫兹电导率的变化与热诱导的变化，我们表明，这两种情况主要是由于热产生的Drude电子弛豫速率的修改，导致在有限长度的金属和掺杂的半导体碳纳米管中存在的等离子体共振的加宽。这阐明了CNT膜的光响应的性质，并证明了当考虑将它们应用于光电子器件中时，需要仔细考虑CNT的几何形状，特别是长度。
2018-04-30 cond-mat.mes-hall
Co$_2$FeAl full Heusler compound based spintronic terahertz emitter
为了从自旋电子太赫兹发射器（STE）获得大的太赫兹（THz）幅度，需要具有100%自旋极化的材料（诸如钴基Heusler化合物）作为铁磁层。然而，已知这些化合物在薄膜区域中失去其半金属性，因为难以实现L2 $_1$有序化，这已成为薄膜生长的瓶颈。在这里，成功的沉积使用室温DC溅射的L2 $_1$和B2有序相的Co $_2$ FeAl全赫斯勒化合物的报告。在Co $_2$ FeAl/Pt STE中，Co $_2$ FeAl用作铁磁层，高度取向的Pt用作非铁磁层，其中MgO（10 nm）种子层对于实现Co $_2$ FeAl的L2 $_1$和B2有序化起重要作用。在CFA/Pt STE中产生THz辐射，其带宽在0.1-4 THz范围内。太赫兹电场的幅度进行了优化，相对于厚度，取向，和生长参数，使用厚度依赖模型，考虑光致自旋电流，超扩散自旋电流，逆自旋霍尔效应和太赫兹辐射的衰减层。本研究基于全Heusler Co $_2$ FeAl化合物，在涉及全Heusler化合物的STE研究中开辟了过多的可能性。
2021-01-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Optimized Spintronic Terahertz Emitters Based on Epitaxial Grown Fe/Pt Layer Structures
本文报道了利用MgO和蓝宝石衬底上的Fe/Pt双层膜的逆自旋霍尔效应产生脉冲宽带太赫兹辐射。发射极相对于层厚度，生长参数，衬底和几何排列进行了优化。实验确定的最佳层的厚度与模拟的自旋电流在铁磁层中诱导的定性协议。我们的模型考虑了Fe和Pt中自旋极化的产生、自旋扩散和积累以及双层样品的电学和光学性质。在违反直觉的方向上使用该装置，附接Si透镜以增加发射器的收集效率。优化的发射器提供了高达8 THz的带宽，这主要是由低温生长的GaAs（LT-GaAs）光电导天线用作检测器和泵浦激光的脉冲长度的限制。对于800 nm泵浦激光的亚100 fs脉冲长度，THz脉冲长度短至220 fs。平均泵浦功率低至25 mW（在75 MHz的重复率）已被用于太赫兹产生。这和一般性能使得自旋电子太赫兹发射器与基于非线性生成方法的已建立的发射器兼容。
2018-02-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Direct evidence of terahertz emission arising from anomalous Hall effect
本文首次提供单层CoFeB铁磁薄膜中反常霍尔效应直接产生太赫兹辐射的实验证据，并通过厚度、取向和泵浦通量优化发射性能，揭示斜散射为主要物理机制。
2023-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Efficient broadband terahertz generation by above band-gap excitation of the pyroelectric ZnSnN2
研究发现 ZnSnN2 在带隙以上光激发下可通过超快热释电效应产生覆盖 1–30 THz 以上的高效宽带太赫兹辐射，性能媲美最佳自旋电子发射器。
2025-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhanced laser-induced single-cycle terahertz generation in a spintronic emitter with a gradient interface
本文研究Pt/Co自旋电子THz发射器，提出在Pt与Co间引入成分梯度界面，实验证明其可在宽光通量范围内将光-THz转换效率提升两倍。
2024-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Maximizing the electromagnetic efficiency of spintronic terahertz emitters
本文针对自旋电子太赫兹发射器光太赫兹转换效率低的问题，提出将其与优化的1D俘获腔集成以最大化泵浦能量转换，实现245%发射增强和8dB强度提升，并给出最佳几何结构与衬底选择策略。
2024-02-08 cond-mat.mes-hall physics.optics
Efficient metallic spintronic emitters of ultrabroadband terahertz radiation
太赫兹电磁辐射对于成像和光谱学等许多应用非常有用。因此，非常希望具有覆盖1至30 THz窗口的有效的桌面发射器，同时由低成本、低功率飞秒激光振荡器驱动。到目前为止，所有固态发射器都只利用与电子电荷相关的物理学，并提供具有大量间隙的发射光谱。在这里，我们利用电子自旋来实现一个概念上新的太赫兹源，它依赖于定制的基本自旋电子学和磁性金属多层膜中的光子现象：超快光致自旋电流，逆自旋霍尔效应和宽带法布里-珀罗共振。在分析模型的指导下，这种自旋电子学路线为系统优化提供了独特的可能性。我们发现，5.8 nm厚的W/CoFeB/Pt三层产生的超短脉冲完全覆盖1至30太赫兹范围。我们的新型光源在带宽、太赫兹场幅度、灵活性、可扩展性和成本方面优于激光振荡器驱动的发射器，如ZnTe（110）晶体。
2016-10-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deciphering the origin of spin current in spintronic terahertz emitters and its imprint on their electromagnetic radiation via time-dependent density functional theory
本研究采用含时密度泛函理论加Jefimenko方程方法，揭示了飞秒激光驱动Co/NM体系中太赫兹发射的自旋电流源于退磁化动力学量子泵浦，并阐明了电荷电流在不同时间范围对THz发射的主导作用及W层的特殊抑制机制。
2025-02-28 cond-mat.mes-hall
Efficient photo-Nernst terahertz emission in single heavy-metal films
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；Center for Advanced Quantum Studies and Department of Physics, Beijing Normal University（北京师范大学量子前沿研究中心及物理学院）；Institute of Quantum Materials and Devices, School of Electronics and Information Engineering, Tiangong University（天津工业大学电子与信息工程学院量子材料与器件研究所）；Division of Physics and Applied Physics, School of Physical and Mathematical Sciences, Nanyang Technological University（南洋理工大学物理与数学科学学院物理与应用物理系）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）
研究展示单层铂纳米薄膜在低温和外部磁场下高效太赫兹辐射，揭示超快光电-能斯特效应为驱动机制，通过厚度和合金抑制热导率提升发射强度，重新定义重金属角色。
2026-03-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Deterministic single-photon source over the terahertz regime
Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）；Institute of Fundamental Physics IFF-CSIC（CSIC基础物理研究所）
针对太赫兹波段缺乏确定性单光子源的问题，本文提出按需型太赫兹单光子源，通过优化设计克服竞争挑战，实现高效高纯度的太赫兹单光子发射，为相关技术应用提供支持。
2026-07-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
