自旋太赫兹源发展及其在生物医学的应用前景分析

太赫兹(terahertz,THz)辐射的光子能量极低,不会对分子、晶格造成有害的电离,且生物大分子的振动和转动频率均在THz波段,因而THz在生物医学上的应用引起了广泛的关注。然而,目前的商用THz源无法兼顾室温工作、低成本、小型化等生物医学应用方面的需求。自旋THz源辐射效率高,可实现THz偏振调谐,有望打破生物医学领域的应用瓶颈。为系统全面地对自旋THz源的发射机理和调控方式进行研究,并对THz源在生物医学方面的应用展开分析,从光电流的来源入手梳理了THz产生机制并总结了其发射机理。根据生物医学的应用需求,分别从材料、生长条件等角度分析了多种自旋材料中的THz发射优化方式,揭示了THz发射与材料性质、外界环境等因素的依赖关系,探究了自旋THz源的优势和调控手段。结合生物医学检测的需求与特点,以铁磁/非铁磁金属异质结和铁磁/拓扑绝缘体异质结两种发射源为例介绍了自旋THz源在生物医学领域的初步探索,并对其未来的应用前景和发展方向做出展望。

半导体直接泵浦钛宝石超快激光振荡器驱动的自旋太赫兹发射光谱系统(特邀)

率先采用半导体直接泵浦的小型化钛宝石飞秒激光振荡器驱动太赫兹(THz)光谱系统,并在无外磁场条件下实现反铁磁|铁磁|重金属(IrMn_(3)|Co_(20)Fe_(60)B_(20)|W)异质结中THz信号的高效产生。通过研究样品方位角、入射面、外加面内磁场、泵浦功率以及泵浦激光光斑中心位置对THz信号发射性能的影响,验证其自旋THz辐射机理,并发现该异质结不是在聚焦透镜焦点处产生THz信号的效率最高,而是在焦点前的辐射信号更强。这项工作不仅验证了半导体直接泵浦的小型化、低成本钛宝石激光振荡器是直接应用于自旋THz发射光谱系统的首选,还率先发现无外磁场驱动的IrMn_(3)|Co_(20)Fe_(60)B_(20)|W异质结在超短激光脉冲泵浦下的异常行为,为进一步推动钛宝石飞秒激光器驱动的小型化超宽带THz时域光谱成像技术应用提供了数据支撑。