稳态强磁场实验装置用户在太赫兹宽带可调器件研究方面取得新进展
时间 : 2020-11-18     

近期,稳态强磁场实验装置(SHMFF)用户中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心盛志高研究团队与固体所以及上海科技大学科研团队合作,在SHMFF所属的SM1超快光学测试系统的支持下,发明了一种基于强关联氧化物材料的太赫兹宽带可调吸收器。该研究揭示了关联电子器件在宽波段范围的太赫兹光谱性能可调,发现了关联电子材料二氧化钒是太赫兹可调谐器件的绝佳候选材料。相关研究成果以“Photoinduced Broad-band Tunable Terahertz Absorber Based on a VO2 Thin Film”为题,发表在国际期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。  

太赫兹吸收器在太赫兹电磁屏蔽,太赫兹成像和太赫兹热敏探测等领域具有广泛的应用前景,因此吸引了大量科研者的研发注意力。瞄准未来关键领域的应用,要求吸收器不仅具备较高的吸收率,较大的带宽,还需要主动可调功能。为了实现太赫兹宽带可调强吸收,材料研发与器件结构设计至关重要。  

经过多年研发,研究团队选用强关联电子氧化物作为功能层,采用多层介电结构设计与光控方法(图a),最终实现了这一关联电子器件在宽波段范围的太赫兹光谱性能可调。所选用的关联电子材料二氧化钒在绝缘体-金属相变前后,电导率,介电常数和光学性质会发生大幅度的变化,而且这种相变可以被温度,光和电场调控,因此是太赫兹可调谐器件的绝佳候选材料。通过光控的方法,团队在多层器件中实现了大于74%的调制深度(图b)。进一步地,在特定激光能量条件下,可以实现宽带零反射与接近180°的太赫兹相移(图c)。通过多种测试分析,研究团队明确了这种主动太赫兹波谱性能调控的物理起源。  

该工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金,中科院前沿科学重点研究项目、强磁场安徽省实验室方向基金的支持。  

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c15297  


 
 
    
(a)太赫兹脉冲在二氧化钒薄膜与氧化铝衬底中传播的示意图;(b)光控二氧化钒薄膜的太赫兹吸收率变化实验数据;(c)光控二氧化钒薄膜的太赫兹反射率与反射相位变化实验数据。