一种基于反铁磁垂直结构的太赫兹波发射器件及其制备方法和发射方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115762956A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211390203.7H01Q15/00(2006.01)(22)申请日2022.11.08(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区100084信箱82分箱清华大学专利办公室(72)发明人黄琳宋成周永健潘峰(74)专利代理机构北京纪凯知识产权代理有限公司11245专利代理师刘鑫鑫(51)Int.Cl.H01F10/12(2006.01)H01F10/28(2006.01)H01F10/00(2006.01)H01F41/14(2006.01)H01F41/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于反铁磁垂直结构的太赫兹波发射器件及其制备方法和发射方法(57)摘要本发明公开了一种基于反铁磁垂直结构的太赫兹波发射器件及其制备方法和发射方法。本发明太赫兹波发射器件包括依次层叠的衬底层、反铁磁层和垂直易磁化层；所述衬底层的材质与所述反铁磁层中的反铁磁晶格常数相匹配；所述反铁磁层的材质为锰金合金Mn2Au或者铜锰砷CuMnAs；所述垂直易磁化层的材质为钴铂多层膜或者钴钯多层膜。本发明太赫兹波发射器，利用垂直结构铁磁层在飞秒激光的激发下，其自旋流极化方向沿外面外磁场方向极化，该自旋流从铁磁层注入反铁磁层，通过反铁磁奈尔矢量使得自旋流极化方向发生偏转；由于反铁磁亚晶格具有局域空间反演对称性破缺，该电荷流在两个相邻的亚晶格上正好可以叠加而实现太赫兹波信号的发射。CN115762956ACN115762956A权利要求书1/1页1.一种基于反铁磁垂直结构的太赫兹波发射器件，包括依次层叠的衬底层、反铁磁层和垂直易磁化层；所述衬底层的材质与所述反铁磁层中的反铁磁晶格常数相匹配；所述反铁磁层的材质为锰金合金Mn2Au或者铜锰砷CuMnAs；所述垂直易磁化层的材质为钴铂多层膜或者钴钯多层膜。2.根据权利要求1所述的太赫兹波发射器件，其特征在于：所述衬底层为铁电基片PMN‑PT或者氧化镁基片MgO。3.根据权利要求2所述的太赫兹波发射器件，其特征在于：所述铁电基片PMN‑PT的化学式为Pb(Mg1/3Nb2/3)0.7Ti0.3O3。4.根据权利要求1‑3中任一项所述的太赫兹波发射器件，其特征在于：所述反铁磁层的厚度为7～50nm。5.根据权利要求1‑4中任一项所述的太赫兹波发射器件，其特征在于：所述垂直易磁化层的厚度为3～10nm。6.根据权利要求5所述的太赫兹波发射器件，其特征在于：所述钴铂多层膜由3层钴铂膜组成，每层钴铂膜由0.8nm厚的钴层和0.4nm厚的铂层构成。7.根据权利要求1‑6中任一项所述的太赫兹波发射器件，其特征在于：所述衬底层的厚度为0.5mm。8.权利要求1‑7中任一项所述的基于反铁磁垂直结构的太赫兹波发射器件的制备方法，包括如下步骤：在所述衬底层的表面磁控溅射锰金合金Mn2Au或者铜锰砷CuMnAs以形成所述反铁磁层，在所述反铁磁层的表面沉积钴铂多层膜或者钴钯多层膜以形成所述垂直易磁化层，得到所述太赫兹波发射器芯片。9.一种基于反铁磁垂直结构的太赫兹波发射器，其包括飞秒激光发射源、磁场发射器和权利要求1‑7中任一项所述的太赫兹波发射器件。10.一种发射太赫兹波的方法，包括如下步骤：以权利要求1‑7中任一项所述太赫兹波发射器件中垂直易磁化层的一面为正面，垂直于所述正面施加高于所述垂直易磁化层饱和磁化强度的外磁场，并在所述正面照射飞秒激光，即可在所述飞秒激光的对立面发射出太赫兹波。2CN115762956A说明书1/4页一种基于反铁磁垂直结构的太赫兹波发射器件及其制备方法和发射方法技术领域[0001]本发明涉及一种自旋太赫兹波发射器，具体涉及一种基于反铁磁垂直结构的太赫兹波发射器件及其制备方法和发射方法。背景技术[0002]太赫兹(THz)波是指频率从0.1THz至10THz，介于毫米波和红外光之间的电磁波。太赫兹波由于具有比微波更高的频率，因此在超快光学、通讯雷达、高密度信息存储和医学成像等领域有重要的研究价值和广泛的应用前景。太赫兹技术的发展和应用很大程度上取决于太赫兹源的水平，因此新型太赫兹辐射源的物理机制和器件研制至关重要。近年来，自旋太赫兹源具有超宽频谱、固态稳定、偏振可调、超薄结构、成本低廉等独特优点，不仅从物理上提供了操控飞秒自旋流(电荷流)的可能，并且有望成为下一代新型太赫兹源的重要备选，近年来在太赫兹领域逐渐显示出巨大的应用前景。[0003]自旋电子学是指控制和操纵电子自旋，研究其输运性质和构建新颖器件的一门科学。利用相应的自旋电子学现象和原理，研究人员发现和建立了若干新型的太赫兹波产生方法，主要有：1，自旋注入产生太赫兹波；2，