Geração de feixes terahertz polarizados elíptica e circularmente. Crédito:Haihui Zhao et al., doi 10.1117 / 1.AP.2.6.066003
Ondas Terahertz (THz), localizado entre as faixas de frequência milimétricas e do infravermelho distante, são uma banda de frequência eletromagnética que ainda não foi completamente reconhecida e compreendida. Xiaojun Wu, da Universidade Beihang, lidera um grupo de pesquisadores que buscam ativamente maneiras de compreender, gerar, e controlar a radiação THz. Wu observa que as ondas THz têm grande potencial para expandir aplicativos reais - da imagem à criptografia de informações - mas o desenvolvimento da ciência e da tecnologia THz foi prejudicado pela falta de fontes suficientemente eficientes.
O grupo de pesquisa de Wu tem investigado um isolador topológico tridimensional de telureto de bismuto (Bi 2 Te 3 ) como uma base promissora para um sistema THz eficaz. Recentemente, eles investigaram sistematicamente a radiação THz de Bi 2 Te 3 nanofilmes impulsionados por pulsos de laser de femtossegundos. Seu relatório publicado em Fotônica Avançada demonstra geração eficiente de ondas THz quirais com um estado de polarização arbitrariamente ajustável que permite o controle da quiralidade, elipticidade, e eixo principal.
De acordo com Wu, o telureto de bismuto é um ótimo candidato para futuros sistemas terahertz baseados em isolador topológico no chip; já exibiu excelentes perspectivas de emissão de THz, detecção, e modulação. O isolador topológico bem estudado apresenta um estado de superfície bloqueado de momento de rotação especial, que também pode ser ajustado com precisão por vários fatores, como o número de camadas atômicas. Wu explica que este tipo de fonte THz pode irradiar com eficiência ondas THz polarizadas linear e circularmente, com quiralidade e polarização ajustáveis. Isso permitirá o desenvolvimento da ciência e aplicações THz em áreas como opto-spintrônica THz ultra-rápida, espectroscopia THz baseada em polarização e imagem, THz biosensing, comunicações THz de linha de visão, e criptografia de informações.
Diagrama esquemático da emissão de THz sintonizável de polarização de Bi2Te3. (a) Pulsos de laser de femtossegundos com polarização linear horizontal (HLP), polarizado linearmente vertical (VLP), canhoto polarizado circularmente (LCP), e polarizado circularmente para destros (RCP) iluminam o isolador topológico Bi2Te3 e produzem ondas THz sintonizáveis por polarização. (b) Fotocorrentes dependentes da helicidade macroscópica e apenas corrente de spin unidirecional podem ser geradas. (c) Transição eletrônica microscópica sob iluminação de pulso de laser circularmente polarizada. Crédito:SPIE
Geração e manipulação de ondas THz polarizadas linearmente
O grupo de Wu investigou sistematicamente a radiação THz do isolador topológico Bi 2 Te 3 nanofilmes impulsionados por pulsos de laser de femtossegundos. Eles descobriram que a onda THz linearmente polarizada se origina da mudança de corrente formada pela redistribuição ultrarrápida da densidade de elétrons entre os átomos Bi-Te em Bi 2 Te 3 depois que o isolador topológico é excitado pela luz da bomba polarizada linearmente. A corrente de deslocamento ultrarrápida contribui para a radiação THz polarizada linearmente. Devido às características de rede de Bi 2 Te 3 , as ondas THz irradiadas são sempre polarizadas linearmente com um ângulo de rotação triplo, dependendo do ângulo azimutal da amostra. Essa confiabilidade torna muito conveniente manipular arbitrariamente o ângulo de polarização da onda THz, controlando o laser incidente na direção da polarização.
Geração e manipulação de ondas THz circularmente polarizadas
Wu explica isso, a fim de produzir pulsos THz circularmente polarizados, foi necessário ajustar simultaneamente a polarização do laser da bomba e o ângulo azimutal da amostra. Quando o ângulo azimutal da amostra foi fixado, os pesquisadores também obtiveram feixes elípticos THz com várias elipticidades e eixos principais, devido à combinação de um efeito fotogalvânico linear (LPGE) e um efeito fotogalvânico circular (CPGE), que é causado pelo atraso de tempo intrínseco entre os componentes de campo elétrico THz acionados por LPGE e CPGE. Dentro do escopo de suas expectativas, eles foram capazes de manipular a quiralidade das ondas THz emitidas variando a helicidade do laser incidente.
Wu explica, "A corrente dependente da helicidade é a razão crítica pela qual podemos obter pulsos THz com polarização de spin porque podemos ajustar continuamente a magnitude e a polaridade alterando a helicidade." A discussão específica da implementação e controle da radiação THz circularmente polarizada está incluída em seu artigo.
Os autores estão otimistas de que seu trabalho ajudará a uma maior compreensão coletiva do controle coerente de femtosegundos de correntes de spin ultrarrápidas na interação luz-matéria e também fornecerá uma maneira eficaz de gerar ondas THz polarizadas por spin. Wu observa que a manipulação da polarização é um passo em direção ao objetivo de adaptar ondas THz torcidas de forma eficiente na origem.
