太赫兹波泛指频率在0.1～10 THz范围内，介于微波和红外线之间的电磁波。由于太赫兹波有很好的时间和空间相干性，低光子能量，大传输容量以及强穿透能力，使得太赫兹波在精密光谱、雷达成像、生物医学、国防安检、通信传感等领域具有不可替代的科学和应用潜力。
太赫兹辐射源是太赫兹科学与技术发展的关键。传统的太赫兹辐射源通常存在材料昂贵、体积庞大、系统复杂等缺点，同时太赫兹辐射脉冲的带宽和偏振等光学参量的调控能力十分有限。高效、灵活、宽频的太赫兹产生及其光学参量调控是太赫兹科学与技术一个重要的研究方向。近年来，一种基于纳米级厚度的铁磁/非磁重金属异质结构的自旋光电子学太赫兹辐射源引起了广泛的关注。基于铁磁/非磁异质结构的太赫兹产生机制主要源于超快逆自旋霍尔效应，光诱导的自旋流转换成超快电荷流，从而辐射太赫兹相干脉冲。尽管其辐射强度与毫米级厚度的光整流晶体相媲美，如何进一步提高太赫兹辐射脉冲的场强、加强太赫兹辐射脉冲的调控能力，仍有待研究。
近日，威尼斯欢乐娱人城3328庄松林院士领导的太赫兹技术创新研究院与复旦大学、上海大学、伍伦贡大学、莫斯科大学的科学家合作，研究了聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）柔性衬底上制备的Pt/CoFe/Ta铁磁/非磁异质结构自旋光电子学太赫兹辐射源。研究发现，该柔性太赫兹辐射源具有发射效率高、稳定性好、成本低、偏振可调以及弯曲灵活等优点。重要的是，研究人员创新地提出基于该柔性PET/Pt/CoFe/Ta铁磁/非磁异质结构实现了级联太赫兹辐射源，不仅有效提高了太赫兹脉冲辐射的场强，而且可以通过与超构表面组合，有效地调控太赫兹脉冲辐射的时域波形。研究结果进一步表明，级联的自旋光电子学太赫兹辐射源完全适用于太赫兹时域光谱分析。研究人员认为，级联的柔性PET/STE可以作为基础模块，在太赫兹辐射的产生和调控方面展现较强的研究和应用价值，有望集成到未来的芯片级、紧凑型太赫兹器件和光谱系统中。
该研究以“Cascaded Amplification and Manipulation of Terahertz Emission by Flexible Spintronic Heterostructures”为题，发表于《Laser & Photonics Reviews》期刊上（一区）。
该工作得到国家自然科学基金委科学中心项目（61988102）资助。
文章链接：
Z. Jin, Y. Peng, Y. Ni, G. Wu, B. Ji, X. Wu, Z. Zhang, G. Ma, C. Zhang, L. Chen, A. V. Balakin, A. P. Shkurinov, Y. Zhu, S. Zhuang,Cascaded Amplification and Manipulation of Terahertz Emission by Flexible Spintronic Heterostructures, Laser Photonics Rev. 2100688 (2022) https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202100688
图1 基于柔性铁磁/非磁异质结构的太赫兹辐射级联放大及其调控示意图
（图片:Laser & Photonics Reviews网站）