近日，上海市现代光学系统重点实验室开展了磁性隧道结太赫兹调制器研究工作取得新进展，以题为“Magnetic Modulation of Terahertz Waves via Spin-Polarized Electron Tunneling Based on Magnetic Tunnel Junctions”发表于Physical Review Applied期刊上（一区）。
太赫兹科学与技术在通信、航天航空、医学诊断治疗、工业质量控制、国家安全和环境研究等方面具有重要科学价值和广阔应用前景。目前的太赫兹辐射源和功能器件绝大多数依赖于电子的电荷属性，存在能耗高、集成度低、响应速度慢等问题。直接导致了太赫兹技术领域缺乏室温运行小型化、可调谐的高效宽频源；缺乏高速、低损耗功能的调控器件，长期以来制约着太赫兹技术的实际应用。
太赫兹电磁场不仅能探测电子的自旋动学过程，而且能实现磁矢量的超快转换,基于电子自旋的太赫兹辐射源也得到国内外研究人员广泛的关注。2015年，金钻明博士提出运用太赫兹时域光谱研究自旋阀在自旋平行和反平行状态下的电导率谱，直接、准确地确定Mott传导过程中的基本参数，包括自旋分辨的电子散射时间和自旋分辨的电子密度[Nature Physics 11, 761(2015)]。该工作实现了自旋电子学和太赫兹光子学的交叉融合，并展望利用自旋隧穿磁阻效应实现太赫兹脉冲的有效调制将进一步推动基于电子自旋的太赫兹光子学的发展。
本工作中上海理工大学科研人员提出在硅片上设计新型磁性隧道结薄膜结构，室温下只需弱磁场（30 mT）驱动，通过调控太赫兹波激发皮秒时间尺度上自旋流的隧穿几率，实现太赫兹脉冲的调制深度达到60%。该设计中的磁性超晶格薄膜的总厚度仅为77.45 nm，为目前已有报道的太赫兹磁调制器件厚度的近千分之一，这对太赫兹调制器件的集成化、小型化起到关键作用。作者认为磁性隧道结太赫兹调制器可以与基于逆自旋霍尔效应或Rashba-Edelstein 效应的自旋电子学太赫兹发射器相集成，发展免磁场、振幅和偏振可调谐的太赫兹相干辐射源及微型太赫兹光谱仪。
文章链接：
https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.14.014032
图.基于电子自旋隧穿效应太赫兹波的磁调控