太赫兹发电技术可改变超快电子学领域

太赫兹（THz）波可用于探测新材料的磁性。高效太赫兹波的产生可推动能量收集、超快电子学和太赫兹光谱学的应用。明亮、相干的太赫兹光源可通过高频率、高密度的电荷电流实现。通过飞秒激光脉冲激发纳米级的金属界面，可以产生比电子设备中常见的电流密度高几个数量级的强电流密度。

研究人员利用电各向异性、基于导体的异质结构，开发出太赫兹脉冲形成的非相对论机制

为了利用高密度电荷电流的力量产生太赫兹波，复旦大学、上海量子科学研究中心和北京师范大学的研究人员开发了一种新方法。研究人员的方法直接利用激光激发的高密度电荷电流穿过纳米级金属界面。它利用了某些材料各向异性的导电性，无需将电荷电流转换为自旋极化电流。

为了将激光激发的电荷电流转化为高效、宽带的太赫兹辐射，研究人员使用了各向异性的导电异质结构。他们特别依赖于两种导电金红石氧化物的电各向异性：反铁磁性氧化钌（IV）（RuO2）和非磁性氧化铱（IV）（IrO2）。

这些氧化物的单晶薄膜可以偏转从激光激发金属薄膜注入的超扩散电荷电流，并将电流从纵向重新定向到横向。研究人员发现，将激光激发的高密度纵向电荷电流直接转换为横向电流，可在无需外部场的情况下高效产生太赫兹波。

研究人员确定，在几种不同的金属中，铂（Pt）最适合制造所需的薄膜。他们制作了 Pt/RuO2(101)和Pt/IrO2(101)薄膜异质结构，并测量了这些结构的太赫兹振幅。以Ir为基础的系统产生的信号强度是普通系统的三倍，可与基于非线性光学晶体和光电导开关的商用太赫兹源产生的信号相媲美。

现有的太赫兹辐射产生方法，包括逆自旋霍尔效应（ISHE）、逆拉什巴-爱德斯坦效应和逆自旋轨道力矩效应，都是将磁性材料纵向注入的自旋极化电流转换为横向电荷电流，从而产生太赫兹波。这些相对论方法依赖于外部磁场，自旋极化率低，相对论自旋-电荷转换效率高，以自旋-霍尔角为特征。

与产生太赫兹波的传统方法不同，非相对论非磁性方法利用了导电材料的固有特性，无需自旋极化。此外，非相对论非磁性方法还具有很高的太赫兹转换效率，可与ISHE相媲美。研究人员说，使用具有高度各向异性导电性的现成导电材料，是利用技术提高转换效率的关键。

与现有技术相比，新方法可以提供更多的灵活性和可扩展性，而现有技术则面临着增加重金属材料自旋-霍尔角的挑战。通过利用金属界面上高密度电荷电流的潜力来高效产生太赫兹波，可推动太阳能电池技术、人工光合作用和高效光电设备的发展。