Методы получения терагерцового излучения обычно страдают от низкой эффективности или узкой полосы пропускания, однако ученые придумали элегантное и гибкое решение.
Терагерцовое излучение, находящееся в электромагнитном спектре между инфракрасным и микроволновым, обладает рядом преимуществ для фундаментальных исследований. Возможность генерировать и манипулировать широкополосными хиральное терагерцовое излучение необходима для применения в зондировании, спектроскопии и медицинской диагностике.
Получить циркулярно поляризованные когерентные терагерцовые волны можно тремя способами:
- Напрямую из газовой плазмы, путем применения внешних полей или комбинированной схемы двухцветного лазера;
- преобразованием частоты в нелинейных кристаллах и топологических материалах;
- внедряя пассивные оптические компоненты.
Новые спинтронные терагерцовые излучатели оказались высоконадежными, недорогими, эффективными и гибкими в применении. Они состоят из чередующихся магнитных многослойных гетероструктур толщиной всего в несколько нанометров. Под воздействием внешнего магнитного поля и лазерного излучения в слое ферромагнитного материала возбуждается продольный спиновый ток, а благодаря спин-орбитальному взаимодействию в немагнитном слое, спиновый ток преобразуется в ток поперечного заряда, что приводит к излучению когерентных терагерцовых волн. Поперечное анизотропное ограничение индуцированных лазером зарядовых токов, накладываемое структурой метаповерхности, приводит к хиральному излучению терагерцовых волн.
Исследователи продемонстрировали, что при такой генерации получается превосходная круговая поляризация в широком терагерцовом диапазоне частот (1–5 ТГц), при этом эффективность генерации сравнима с коммерчески доступными нелинейными кристаллами. Конструкция также позволяет гибко манипулировать состоянием терагерцовой поляризации с помощью магнитного поля.
Налаженное производство тонких металлических пленок позволяет перерабатывать эти спинтронные излучатели в метаповерхности, что скомбинирует положительные стороны и тех, и других и, несомненно, покажет большой потенциал для практического использования.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Photonics
