Generazione di fasci terahertz polarizzati ellitticamente e circolarmente. Credito:Haihui Zhao et al., doi 10.1117/1.AP.2.6.066003
Onde Terahertz (THz), situato tra le gamme di frequenza millimetriche e dell'infrarosso lontano, sono una banda di frequenza elettromagnetica che non è ancora completamente riconosciuta e compresa. Xiaojun Wu della Beihang University guida un gruppo di ricercatori che cercano attivamente modi per capire, creare, e controllare le radiazioni THz. Wu osserva che le onde THz hanno un grande potenziale per espandere le applicazioni reali, dall'imaging alla crittografia delle informazioni, ma lo sviluppo della scienza e della tecnologia THz è stato ostacolato dalla mancanza di fonti sufficientemente efficienti.
Il gruppo di ricerca di Wu ha studiato un isolante topologico tridimensionale del tellururo di bismuto (Bi 2 Te 3 ) come base promettente per un sistema THz efficace. Recentemente hanno studiato sistematicamente la radiazione THz da Bi 2 Te 3 nanofilm guidati da impulsi laser a femtosecondi. Il loro rapporto pubblicato in Fotonica avanzata dimostra la generazione efficiente di onde THz chirali con uno stato di polarizzazione arbitrariamente regolabile che consente il controllo della chiralità, ellitticità, e asse principale.
Secondo Wu, il tellururo di bismuto è un ottimo candidato per i futuri sistemi terahertz basati su isolanti topologici su chip; ha già mostrato ottime prospettive di emissioni THz, rilevamento, e modulazione. L'isolante topologico ben studiato presenta uno speciale stato superficiale bloccato dal momento di rotazione, che può anche essere accuratamente regolato da vari fattori come il numero di strati atomici. Wu spiega che questo tipo di sorgente THz può irradiare in modo efficiente onde THz polarizzate linearmente e circolarmente, con chiralità e polarizzazione regolabili. Ciò consentirà lo sviluppo della scienza e delle applicazioni THz in aree come l'optospintronica THz ultraveloce, spettroscopia e imaging THz basati sulla polarizzazione, biorilevamento THz, comunicazioni THz in linea di vista, e crittografia delle informazioni.
Diagramma schematico dell'emissione THz sintonizzabile di polarizzazione da Bi2Te3. (a) impulsi laser a femtosecondi con polarizzazione lineare orizzontale (HLP), polarizzazione lineare verticale (VLP), polarizzazione circolare mancina (LCP), e polarizzati circolarmente destrorsi (RCP) si illuminano sull'isolatore topologico Bi2Te3 e producono onde THz sintonizzabili per la polarizzazione. (b) Possono essere generate fotocorrenti macroscopiche dipendenti dall'elicità e solo corrente di spin unidirezionale. (c) Transizione elettronica microscopica sotto illuminazione a impulsi laser polarizzati circolarmente. Attestazione:SPIE
Generazione e manipolazione di onde THz polarizzate linearmente
Il gruppo di Wu ha studiato sistematicamente la radiazione THz dall'isolante topologico Bi 2 Te 3 nanofilm guidati da impulsi laser a femtosecondi. Hanno scoperto che l'onda THz polarizzata linearmente ha origine dalla corrente di spostamento formata dalla ridistribuzione ultraveloce della densità elettronica tra gli atomi di Bi-Te in Bi 2 Te 3 dopo che l'isolante topologico è eccitato dalla luce della pompa polarizzata linearmente. La corrente di spostamento ultraveloce contribuisce alla radiazione THz polarizzata linearmente. A causa delle caratteristiche reticolari di Bi 2 Te 3 , le onde THz irradiate sono sempre polarizzate linearmente con un angolo di rotazione triplo, a seconda dell'angolo azimutale del campione. Questa affidabilità rende molto conveniente manipolare arbitrariamente l'angolo di polarizzazione dell'onda THz controllando il laser incidente nella direzione di polarizzazione.
Generazione e manipolazione di onde THz polarizzate circolarmente
Wu spiega che, per produrre impulsi THz polarizzati circolarmente, è stato necessario sintonizzare contemporaneamente la polarizzazione del laser della pompa e l'angolo azimutale del campione. Quando l'angolo azimutale del campione è stato fissato, i ricercatori hanno anche ottenuto fasci THz ellittici con varie ellitticità e assi principali, grazie alla combinazione di un effetto fotogalvanico lineare (LPGE) e di un effetto fotogalvanico circolare (CPGE), che è causato dal ritardo intrinseco tra i componenti del campo elettrico THz azionati da LPGE e CPGE. Nell'ambito delle loro aspettative, sono stati in grado di manipolare la chiralità delle onde THz emesse variando l'elicità del laser incidente.
Wu spiega, "La corrente dipendente dall'elicità è la ragione fondamentale per cui possiamo ottenere impulsi THz spin-polarizzati perché possiamo sintonizzarne continuamente la grandezza e la polarità cambiando l'elicità". Nel loro articolo è inclusa una discussione specifica sull'implementazione e il controllo della radiazione THz polarizzata circolarmente.
Gli autori sono ottimisti sul fatto che il loro lavoro aiuterà un'ulteriore comprensione collettiva del controllo coerente a femtosecondi delle correnti di spin ultraveloci nell'interazione luce-materia e fornirà anche un modo efficace per generare onde THz spin-polarizzate. Wu osserva che la manipolazione della polarizzazione è un passo verso l'obiettivo di adattare le onde THz contorte in modo efficiente alla fonte.
