中國科大在太赫茲波段調控材料和器件研究中取得進展

我校陸亞林教授量子功能材料和先進光子技術研究團隊在太赫茲主動調控器件研究方面取得系列進展。該團隊研究了太赫茲波與超構材料、氧化物超晶格薄膜相互作用機制，并成功制備了超快的太赫茲調制器，率先實現了皮秒級的高調制深度的太赫茲超快開關；同時制備了多功能的太赫茲器件，在單一器件中實現電開關、光存儲和超快調制多種功能。相關研究成果近期相繼發表在國際權威學術期刊《先進光學材料》[Adv. Optical Mater.]和《光學快訊》[Opt. Express.]上。

太赫茲波具有獨特的時域脈沖、低能、譜指紋、寬帶等特性，它在物理化學、材料科學、生物醫學、環境科學、安全檢查、衛星通訊等領域有著廣闊的應用前景。其中，影響太赫茲技術發展和應用的關鍵因素之一是難以獲得主動太赫茲調控元器件。超構材料，一種由金屬或介質材料的亞波長微結構陣列組成的人工材料，其奇異的電磁響應特性為太赫茲調控器件提供了絕佳的解決方案。遺憾的是，以往基于超構材料的太赫茲元器件均由金屬材料構成，加工尺寸固定后，器件的功能在實際應用中便難以主動改變。因此，發展主動調控的太赫茲元器件有著重要的研究意義。

通常主動調控是對太赫茲波偏振、振幅、相位等進行調控，調控速度是另外一個指標。一些實際應用也迫切需求對太赫茲波進行超快調控。陸亞林教授團隊設計并制作了基于硅介質的超快調控超表面。通過對硅薄膜進行離子注入和快速熱處理工藝，大大減小了硅的載流子壽命并提高了自由載流子濃度。然后通過光刻、刻蝕工藝將硅薄膜加工為能在太赫茲波段共振的圓盤陣列結構的超表面。利用紅外飛秒脈沖的激發，率先實現了皮秒級的高調制深度的太赫茲超快開關（開20ps，關300ps），并基于半導體載流子動力學建立理論模型對其進行了合理的解釋。相關研究成果近日在《先進光學材料》期刊上線[Adv. Optical Mater. 2018, DOI:10.1002/adom.201800143]。