一种数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件制造技术

本发明专利技术提供了一种数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件，涉及电磁波发射和调控技术领域，包括发射装置和调控系统，发射装置和调控系统连接；调控系统用于向发射装置传输电流，通过电流调控发射装置发射的太赫兹波；发射装置包括由若干个编码单元构成的图案化阵列，发射装置用于发射太赫兹波，编码单元包括异质结，异质结由铁磁层和非铁磁层组成，铁磁层包括二维铁磁材料和铁磁金属，非铁磁层包括拓扑绝缘体、拓扑半金属和重金属；本发明专利技术中利用拓扑材料和二维铁磁材料材料分别作为发射装置非铁磁层和铁磁层材料，提高了发射装置的发射效率，本发明专利技术将太赫兹发射装置与调控系统电连接，实现了太赫兹波发射和调控一体化，减少了太赫兹波的传输损耗。太赫兹波的传输损耗。太赫兹波的传输损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件


[0001]本专利技术涉及电磁波发射和调控
，特别是涉及一种数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件。

技术介绍

[0002]对于太赫兹调控，目前常用的最接近本方案的调控方法有数字编码的超表面，其原理为通过利用电磁场在单元结构两侧产生的相位以及幅度的突变特性，从而调控电磁波在空间中的相位以及幅度的分布。具体来说，编码超表面单元的工作状态可以由有限个二进制数值来表示，其单元结构可以由1
‑
bit编码，2
‑
bit编码甚至多bit编码构成。对于1
‑
bit编码结构，可以由相位差为180
°
两种单元分别表示数字“0”和“1”，这些数字表征的单元结构在二维平面上以M
×
N的结构周期性排列，即有2
M
×
N
种排列方式，每一种排列方式对应一种编码图案，实现一种调制功能。但发射模块与调控模块分离不仅会增强太赫兹波的传输损耗，还限制调控速度。
[0003]因此，本领域亟需一种能够降低损耗，提高调控速度和效率的太赫兹波调控的技术方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件，采用拓扑材料和二维铁磁材料等新兴材料分别作为发射装置的非铁磁层和铁磁层材料，将发射装置和调控系统一体化，不需要通过超表面来调控电磁波，而是通过控制编码单元上电流的大小和/或电流极性来调控太赫兹波，对太赫兹波进行低损耗、高速地调控，解决了现有调控技术中高传输损耗和低调控速度的问题，降低太赫兹波的损耗的同时提高了调控速度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件，包括：
[0007]发射装置和调控系统；所述发射装置与所述调控系统一体化连接；
[0008]所述发射装置包括图案化阵列，所述图案化阵列包括若干个编码单元；所述发射装置用于发射太赫兹波，所述编码单元包括异质结；
[0009]所述异质结包括第一异质结或第二异质结；所述第一异质结从下往上依次由铁磁层和非铁磁层组合而成；所述第二异质结从下往上依次由非铁磁层、铁磁层和非铁磁层组成；所述铁磁层包括二维铁磁材料和铁磁金属，所述非铁磁层包括拓扑绝缘体、拓扑半金属和重金属。
[0010]所述调控系统用于通过控制所述若干个编码单元上电流的大小和/或控制所述若干个编码单元上的电流极性的改变来调控太赫兹波。
[0011]可选的，所述二维铁磁材料包括：Fe
x
GeTe2、CrTe2中的一种；由于铁磁层和非铁磁层之间通过范德华力相互作用与相邻层结合，二维铁磁材料能够摆脱晶格匹配和兼容性的限制，并且二维铁磁材料能够获得界面处没有悬挂键且原子级别平整度的高质量界面，能
够显著降低界面自旋损耗，在大幅提高发射效率的同时能够实现自旋太赫兹的高力学柔韧性与可集成化。
[0012]可选的，所述铁磁金属包括：Co、Fe和Ni中的一种或多种。
[0013]可选的，所述拓扑绝缘体包括：Bi2Se3、Bi2Te3、Bi
x
Sb1‑
x
、Sb2Te3和(Bi
x
Sb1‑
x
)2Te3中的一种或多种。
[0014]可选的，所述拓扑半金属包括：WTe2、WSe2、PtSe2、PtTe2。
[0015]拓扑材料因其表面存在着无有效质量的狄拉克电子态、强自旋极化电流以及大自旋霍尔角，在自旋太赫兹领域具有广阔的应用前景。
[0016]可选的，所述重金属包括：W、Ta和Pt中的一种或多种；由于重金属W和Ta具有较大的自旋霍尔角，且符号与拓扑材料相反，所以可结合拓扑材料与二维铁磁材料制备出三层自旋太赫兹发射结构，大幅提高自旋太赫兹源发射效率。
[0017]可选的，所述调控系统包括金属电极和FPGA；所述金属电极与FPGA连接。
[0018]可选的，所述发射装置还包括衬底，所述衬底包括绝缘体材料和半导体材料。
[0019]可选的，所述绝缘体材料包括氧化铝和玻璃。
[0020]可选的，所述半导体材料包括砷化镓、铌镁酸铅
‑
钛酸铅和钛酸锶。
[0021]本专利技术还提供了一种数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件的太赫兹波的调控方法，包括：
[0022]控制产生照射于所述发射装置上的激光；
[0023]控制产生各所述编码单元对应的电流；所述电流用于输入其所对应的编码单元；
[0024]通过控制所述电流的大小和/或控制各所述编码单元上的电流极性的改变来调控太赫兹波。
[0025]可选的，所述控制产生照射于所述发射装置上的激光，包括：控制激光发射器产生照射于所述发射装置上的激光。
[0026]可选的，所述激光为飞秒激光。
[0027]可选的，所述通过控制所述电流的大小和/或控制各所述编码单元上的电流极性的改变来调控太赫兹波，具体包括：
[0028]通过改变输入到各所述编码单元上的电流的大小和/或改变编码单元上的电流极性来调控太赫兹波的波形、相位和幅值。所述极性为所述电流在各所述编码单元上的传输方向。
[0029]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0030]本专利技术提供了一种数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件，包括发射装置和调控系统，发射装置包括由若干个编码单元构成的图案化阵列，发射装置用于发射太赫兹波，编码单元包括异质结，异质结由铁磁层和非铁磁层组成，铁磁层包括二维铁磁材料和铁磁金属，非铁磁层包括拓扑绝缘体、拓扑半金属和重金属。本专利技术中发射装置和调控系统一体化，实现了太赫兹波发射和调控一体化，减少了太赫兹波的传输损耗，不需要通过超表面来调控电磁波，而是通过调控系统控制编码单元上电流的大小和/或控制编码单元上的电流极性的改变来调控太赫兹波，从而对太赫兹波进行低损耗、高速地调控，解决了现有调控技术中高传输损耗和低调控速度的问题，降低太赫兹波的损耗的同时提高了调控速度。同时，本专利技术中利用拓扑材料和二维铁磁材料等新兴材料分别作为发射装置非铁磁层和铁磁层
材料，提高了发射装置的发射效率。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本专利技术通过自旋轨道矩效应对由第一异质结组成的编码单元进行相位调控示意图；
[0033]图2为本专利技术通过由第一异质结组成的编码单元对太赫兹波空间波束调控示意图；
[0034]图3为本专利技术通过自旋轨道矩效应对由第二异质结组成的编码单元进行相位调控示意图；
[0035]图4为本专利技术通过由第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件，其特征在于，包括：发射装置和调控系统；所述发射装置与所述调控系统一体化连接；所述发射装置包括图案化阵列，所述图案化阵列包括若干个编码单元；所述发射装置用于发射太赫兹波，所述编码单元包括异质结；所述异质结包括第一异质结或第二异质结；所述第一异质结从下往上依次由铁磁层和非铁磁层组合而成；所述第二异质结从下往上依次由非铁磁层、铁磁层和非铁磁层组成；所述铁磁层包括二维铁磁材料和铁磁金属，所述非铁磁层包括拓扑绝缘体、拓扑半金属和重金属；所述调控系统用于通过控制所述若干个编码单元上电流的大小和/或控制所述若干个编码单元上的电流极性的改变来调控太赫兹波。2.根据权利要求1所述的数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件，其特征在于，所述二维铁磁材料包括：Fe
x
GeTe2、CrTe2中的一种；所述铁磁金属包括：Co、Fe和Ni中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件，其特征在于，所述拓扑绝缘体包括：Bi2Se3、Bi2Te3、Bi
x
Sb1‑
x
、Sb2Te3和(Bi
x
Sb1‑
x
)2Te3中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的数字可编...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婕，聂天晓，杨晴，田祺云，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：