近日，上海理工大学太赫兹技术创新研究院在庄松林院士带领下，朱亦鸣教授团队携手南京大学王学锋教授团队，在太赫兹自旋电子学领域取得重要进展。团队创新性地构建了铁磁/狄拉克半金属异质结体系，系统揭示了超快光电流效应对太赫兹辐射的调控机制，为开发高性能、可调控太赫兹器件提供了全新路径。研究以“Ultrafast Photogalvanic Effect in Ferromagnet/Dirac Semimetal Heterostructures Diagnosed by Terahertz Emission Spectroscopy”为题，发表在《ACS Photonics》期刊上（中科院一区，IF=6.7），并选为补充封面。博士生郭颖钰为论文第一作者，通讯作者金钻明教授。
该研究聚焦于新型铁磁/拓扑材料异质结中的太赫兹辐射机理与调控。研究团队基于脉冲激光沉积和磁控溅射技术制备的高质量CoFeB/PdTe2/PdTe异质结构，借助太赫兹发射光谱系统，系统的探究了飞秒激光激发下的超快自旋流注入、自旋-电荷转换及非线性光电流行为。研究发现，在CoFeB/PdTe2/PdTe异质结中，超快退磁诱导的电荷流是太赫兹辐射的主要来源；而在狄拉克半金属PdTe2/PdTe异质结中，太赫兹辐射则主要源于由光生伏特效应和光整流效应主导的非线性光学效应。通过调控外部磁场与材料方位角，研究团队成功定量分离了上述两种机制对太赫兹辐射的贡献。
实验结果表明，在PdTe2/PdTe异质结中，通过调控激发光的偏振态，可有效区分并提取自旋注入电流与位移电流的贡献，进而实现对太赫兹波振幅与极性的灵活调控。团队首次在铁磁/狄拉克半金属异质结中观测到了由圆偏振光激发的圆偏振光生伏特效应，并揭示了其显著的面内各向异性特性。这一发现打破了以往对铁磁/拓扑材料异质结中，太赫兹辐射仅源于自旋-电荷转换的传统认识，证明了拓扑表面态的非线性光电流同样可在异质结构中发挥关键调制作用。在两种异质结构中观测到的强面内各向异性圆偏振光生伏特效应，为操控自旋光电流开辟了全新的技术路径，也为未来基于狄拉克半金属的可调谐太赫兹发射器与超快自旋光电器件的发展奠定了重要基础。
左右旋圆偏振光激发铁磁/狄拉克半金属异质结产生超快退磁诱导的电荷流和圆偏振光生伏特效应诱导的净自旋-动量锁定光电流示意图
文章链接：https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5c02407