PDF《铁磁异质结构中的超快自旋流调制实现相干太赫兹辐射》

铁磁异质结构中的超快自旋流调制实现相干太赫兹辐射 张顺浓 朱伟骅 李炬赓 金钻明 戴晔 张宗芝 马国宏 姚建铨 Coherent terahertz radiation via ultrafast manipulation of spin currents in ferromagnetic heterostructures Zhang Shun-Nong Zhu Wei-Hua Li Ju-Geng Jin Zuan-Ming Dai Ye Zhang Zong-Zhi Ma Guo-Hong Yao Jian-Quan 引用信息 Citation: Acta Physica Sinica, 67,

197202 (2018) DOI: 10.

7498/aps.67.20181178 在线阅读View online: http://dx.doi.org/10.7498/aps.67.20181178 当期内容View table of contents: http://wulixb.iphy.ac.cn/CN/Y2018/V67/I19 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 垂直自由层倾斜极化层自旋阀结构中的磁矩翻转和进动 Magnetization reversal and precession in spin valve structures with a perpendicular free layer and a tilted polarizer layer 物理学报.2017, 66(12):

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099501 http://dx.doi.org/10.7498/aps.66.099501 铁磁/重金属双层薄膜结构中磁性状态的稳定性分析 Stability of magnetization states in a ferromagnet/heavy metal bilayer structure 物理学报.2015, 64(13):

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037202 http://dx.doi.org/10.7498/aps.62.037202 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 67, No.

19 (2018)

197202 铁磁异质结构中的超快自旋流调制 实现相干太赫兹辐射? 张顺浓1) 朱伟骅2) 李炬赓1) 金钻明1)3)? 戴晔1) 张宗芝2)? 马国宏1)3)?? 姚建铨4) 1) (上海大学理学院物理系, 上海 200444) 2) (复旦大学信息科学与工程学院, 上海 200082) 3) (上海科技大学 -上海光机所超强超快联合实验室, 上海 201210) 4) (天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300110) (

2018 年6月15 日收到;

2018 年7月26 日收到修改稿 ) 利用飞秒激光脉冲在生长于二氧化硅衬底上的 W/CoFeB/Pt 和Ta/CoFeB/Pt 两类铁磁/非磁性金属异 质结构中实现高效、 宽带的相干 THz 脉冲辐射. 实验中, THz 脉冲的相位随外加磁场的反转而反转, 表明 THz 辐射与样品的磁有序密切相关. 为了考察三层膜结构 THz 辐射的物理机制, 分别研究了构成三层膜结 构的双层异质结构 (包括 CoFeB/W, CoFeB/Pt 和CoFeB/Ta) 的THz 辐射. 实验结果都与逆自旋霍尔效应 相符合, W/CoFeB/Pt 和Ta/CoFeB/Pt 三层膜结构所辐射的 THz 强度优于同等激发功率下的 ZnTe (厚度 0.5 mm) 晶体. 此外, 还研究了两款异质结构和 ZnTe 的THz 辐射强度与激发光脉冲能量密度的关系, 发现 Ta/CoFeB/Pt 的饱和能量密度略大于 W/CoFeB/Pt 的饱和能量密度, 表明自旋电子在 Ta/CoFeB/Pt 中的界 面积累效应相对较小. 关键词: 太赫兹波, 超快光谱, 自旋流, 逆自旋霍尔效应 PACS: 72.25.Cb, 95.85.Gn, 78.47.DC, 71.70.Ej DOI: 10.7498/aps.67.20181178

1 引言太赫兹(Terahertz, THz)波介于远红外和微波 之间, 覆盖频率范围从 0.1―10 THz [1?3] . THz 波 不仅在医学成像、 安全检查、 产品检测、 空间通信等 领域有广泛的应用前景 [4?7] , 而且 THz 脉冲是凝 聚态物质中许多低能量元激发的共振探针 [8] . THz 科学技术发展的关键问题之一是 THz 源[9,10] . 基 于光子学方法的 THz 源主要包括: 碲化锌 (ZnTe) 光整流效应 [11,12] 和低温生长的砷化镓 (LT-GaAs) 光电导天线产生 THz 脉冲 [13,14] . 这两种方法具有 成熟度高、 产生 THz 脉冲的电场强度高、 稳定性好 等优点. 除了光整流和光电导天线, 基于光子学的 THz 辐射源还包括空气等离子体、 非线性光混频、 自由电子激光器等. 考虑新的材料体系、 新的物理 起源和新的微纳结构设计 THz 辐射源一直是 THz 科学技术领域重要的研究方向. 2004年, 法国科学家Beaurepaire等[15] 首次利 用飞秒激光脉冲诱导 Ni 薄膜产生皮秒量级的 THz ? 国家自然科学基金(批 准号: 11604202, 11674213, 61735010, 51671057, 11774220)、 上海高校青年东方学者(批 准号: QD2015020)、 上海市教育委员会和上海市教育发展基金会 晨光计划 (批准号: 16CG45) 和上海市青年科技启明星计划 (批准号: 18QA1401700) 资助的课题. ? 通信作者. E-mail: [email protected] ? 通信作者. E-mail: [email protected] ??通信作者. E-mail: ghma@sta?.shu.edu.cn ?