一种自旋太赫兹发射器件及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115912017A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211469862.X(22)申请日2022.11.23(71)申请人北京航空航天大学杭州创新研究院地址310051浙江省杭州市滨江区长河街道创慧街18号(72)发明人张婕聂天晓赵巍胜杨晴熊丹荣(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569专利代理师王苗苗(51)Int.Cl.H01S1/02(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图1页(54)发明名称一种自旋太赫兹发射器件及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种自旋太赫兹发射器件及其制备方法和应用，涉及太赫兹发射技术领域。本发明提供的自旋太赫兹发射器件，包括依次叠层设置的铁磁材料层、反铁磁层和非铁磁层。在本发明中，铁磁材料层与反铁磁层相邻，利用反铁磁固定住下层的铁磁层磁化方向，使得在去掉外磁场的条件下依然可实现自旋太赫兹发射。本发明利用反铁磁层/非铁磁层异质结可实现高效的自旋太赫兹辐射。在本发明中，反铁磁层在激光照射条件下产生自旋流，且对自旋流具有“传递作用”，在本发明的结构中，自旋流来源于铁磁层和反铁磁层，可极大地提高自旋极化流的产生效率，本发明能够实现太赫兹辐射效率的极大提升。CN115912017ACN115912017A权利要求书1/1页1.一种自旋太赫兹发射器件，包括依次叠层设置的铁磁材料层、反铁磁层和非铁磁层。2.根据权利要求1所述的自旋太赫兹发射器件，其特征在于，所述自旋太赫兹发射器件的厚度为25～130nm。3.根据权利要求1所述的自旋太赫兹发射器件，其特征在于，所述铁磁材料层的厚度为2～10nm。4.根据权利要求1或3所述的自旋太赫兹发射器件，其特征在于，所述铁磁材料层的组分为二维铁磁材料或铁磁金属。5.根据权利要求1所述的自旋太赫兹发射器件，其特征在于，所述反铁磁层的厚度为10～100nm。6.根据权利要求1或5所述的自旋太赫兹发射器件，其特征在于，所述反铁磁层的组分为单晶反铁磁材料。7.根据权利要求1所述的自旋太赫兹发射器件，其特征在于，所述非铁磁层的厚度为2～15nm。8.根据权利要求1或7所述的自旋太赫兹发射器件，其特征在于，所述非铁磁层的组分为拓扑材料。9.权利要求1～8任一项所述自旋太赫兹发射器件的制备方法，包括以下步骤：在衬底表面依次制备铁磁材料层、反铁磁层和非铁磁层，得到自旋太赫兹发射器件。10.权利要求1～8任一项所述自旋太赫兹发射器件或权利要求9所述制备方法制备得到的自旋太赫兹发射器件在无场强自旋太赫兹发射中的应用。2CN115912017A说明书1/6页一种自旋太赫兹发射器件及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及太赫兹发射技术领域，具体涉及一种自旋太赫兹发射器件及其制备方法和应用。背景技术[0002]对于太赫兹发射，目前常用的太赫兹(THz)源有光电导天线太赫兹源和自旋太赫兹源。其中，光电导天线太赫兹源由半导体衬底和电极组成，其工作原理为一束超短脉冲激光聚焦到电极之间的半导体材料上，如果激光光子能量大于半导体衬底材料的能隙宽度，则电子就可以被激发到导带上形成光生载流子，这些光生载流子在偏置电场的作用下运动，在激光穿透深度范围内形成瞬时变化的电流，进而辐射出太赫兹波。光电导天线太赫兹源具有价格高、不易保存的缺陷。[0003]对于自旋太赫兹源，一般是由铁磁材料/非铁磁材料异质结组成，其工作原理为当飞秒激光脉冲照射铁磁材料/非铁磁材料异质双层膜时，在铁磁层中激发出超快自旋流，当自旋流进入非铁磁层时，逆自旋霍尔效应使其转变成瞬时电荷流，从而辐射出太赫兹。[0004]中国专利CN109300922A公开了一种基于电子自旋的高效太赫兹发射芯片，将铁磁层/金属层/氧化物势垒层/钉扎层/反铁磁钉扎层为基本的发射结构，在不施加外部磁场的基础上通过控制复合膜结构中不同的材料与薄膜厚度，实现太赫兹辐射效率、带宽及偏振态的调控。但该方案提供的发射器件存在不用于发射的膜层(反铁磁钉扎层和势垒层)，会对激光或太赫兹有吸收作用，降低发射效率。[0005]2020年，德国奥格斯堡大学物理研究所在铁磁层/非铁磁层/铁磁层/反铁磁钉扎层的结构中，通过改变外置磁场方向，利用隧穿磁阻效应实现太赫兹幅度的调控(DOI:10.1109/IRMMW‑THz50926.2021.9567227)。该方案需要有外置磁场，而且同样存在发射效率低的缺陷。发明内容[0006]本发明的目的在于提供一种自旋太赫兹发射器件及其制备方法和应用，本发明提供的自旋太赫兹发射器件能够实现无场强自旋太赫兹发射，且发射效率较高。[0007]为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：[0008]本发明提供了一种自旋太赫兹发射器件，包括依次叠层设