技术领域
[0001] 本
发明属于太赫兹波段器件技术领域，具体涉及一种MoSe2/铁磁金属太赫兹辐射源、制备及太赫兹波激发方法。
背景技术
[0002] 太赫兹辐射是指0.1～10THz的
电磁辐射，从
频率上看，在
无线电波和光波之间；从
能量上看，在
电子和
光子之间。在电磁
频谱上，太赫兹波段两侧的红外和
微波技术已经非常成熟，但是太赫兹技术基本上还是一个空白，原因是在此频段上，既不完全适合用光学理论来处理，也不完全适合微波的理论来研究。太赫兹
光谱技术在
半导体材料、高温超导材料的性质、研究细胞
水平的成像、化学和
生物分子的检查以及宽带通信、微波定向等许多领域有广泛的应用。
[0003] 对于表面太赫兹发射光谱技术，人们在不断研究的过程中找出了很多种方法来产生太赫兹波。其中，既有单独使用电子学方法(比如电子非线性传输线)、单独使用光学方法(比如利用二阶非线性的光整流效应、光牵引效应、光伏效应等)产生太赫兹波。而在20世纪90年代开始，利用飞秒激光脉冲激发材料表面产生太赫兹电磁辐射的相关技术得到了论证，在此后的一段时期内，关于太赫兹电磁辐射在这方面的研究工作得到了显著发展。目前，在材料表面利用飞秒激光脉冲激励辐射出太赫兹波，通常有三种方案：(1)通过非线性光学的光整流效应辐射出太赫兹电磁脉冲；(2)通过外加偏置
电场作用，在光导天线的材料表面形成平行于材料表面变化极快的瞬时光
电流，从而激发出太赫兹电磁辐射；(3)激光脉冲在材料中激发的光生载流子在表面内建电场作用下做垂直于材料表面的瞬时
加速运动，从而产生太赫兹辐射。
[0004] 在早期的研究中，主要将太赫兹辐射与传统半导体材料结合，通过飞秒激光照射GaAs，ZnTe，InAs等产生太赫兹辐射。随着新功能材料的发展，层状过渡金属硫化合物由于其高电子迁移率、高光电转化率等优异特性，使其具有发展成为高效、超薄太赫兹发射源的潜能。作为过渡金属硫化物的代表，MoSe2具有上述所有特性。
发明人前期研究工作发现利用
单层MoSe2
薄膜可以产生太赫兹辐射，但由于其单层结构限制，载流子迁移率较低，所产生太赫兹强度较弱，
稳定性较差。而使用层状
块体MoSe2，一定的厚度的材料会对太赫兹辐射有较强的吸收，而内部的载流子屏蔽又会使得太赫兹
信号强度达到饱和。这一系列问题限制了MoSe2在作为太赫兹辐射源中的应用以及在未来集成化太赫兹系统中的应用。
发明内容
[0005] 针对上述技术问题，本发明提供了一种MoSe2/铁磁金属太赫兹辐射源、制备及太赫兹波激发方法，克服现有MoSe2薄膜太赫兹辐射效率普遍较低，信号不稳定等问题。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
[0007] 一种MoSe2/铁磁金属太赫兹辐射源，包括基底、沉积在基底上的MoSe2和沉积在MoSe2上的铁磁金属。
[0008] 具体的，MoSe2层的厚度为0.72～8nm；铁磁金属层的厚度为3～20nm。
[0009] 具体的，所述的MoSe2为p型或n型掺杂的MoSe2。
[0010] 具体的，所述的铁磁金属为钴金属或钴铁
硼合金。
[0011] 具体的，所述的铁磁金属通过
真空蒸
镀或
磁控溅射的方法沉积在MoSe2的表面。
[0012] 具体的，所述的MoSe2通过化学气相法、液相剥离法、
外延生长法或
氧化还原方法沉积在基底上。
[0013] 具体的，所述的基底为
石英、蓝
宝石或
云母。
[0014] 本发明还公开了一种MoSe2/铁磁金属太赫兹辐射源的制备方法，该方法包括：首先将基底表面清洗干净，然后使用化学气相法、液相剥离法、外延生长法或氧化还原法在基底上沉积MoSe2层，最后使用真空蒸镀或磁控溅射的方法在MoSe2层的表面沉积铁磁金属层，得到MoSe2/铁磁金属太赫兹辐射源。
[0015] 本发明还公开了一种太赫兹波激发方法，该方法包括：对本发明所述的MoSe2/铁磁金属太赫兹辐射源施加
磁场，再使用
泵浦光入射到该太赫兹辐射源的铁磁金属上，产生太赫兹波。
[0016] 具体的，所述的泵浦光采用中心
波长为400～800nm，脉冲宽度为10～100fs，重复频率为1～100kHz的飞秒激光。
[0017] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0018] (1)本发明通过使用MoSe2与铁磁金属构成
异质结作为太赫兹辐射源，在外加磁场的作用下，使得所产生的太赫兹辐射强度相比较单一材料有明显的提升，表现出高辐射效率；相比于非铁磁金属材料，由于MoSe2在太赫兹波段相对透明，使用MoSe2薄膜与铁磁金属构成异质结，可减少材料本身对所产生的太赫兹辐射的衰减。
[0019] (2)本发明通过使用MoSe2与铁磁金属构成异质结作为太赫兹辐射源，使其可被集成于传统的光电功能器件中，也可被应用于未来集成化、一体化的太赫兹系统中。太赫兹源器件成本较低，制备较容易，重复性较高。
附图说明
[0020] 图1本发明的太赫兹辐射源透射产生太赫兹波的原理示意图。
[0021] 图2为2.14mJ/cm2的泵浦光能量
密度下，MoSe2/钴异质结产生的太赫兹辐射时域光谱及相应频域谱。
[0022] 图3为不同泵浦通量激发下，MoSe2/钴异质结在外加磁场作用下产生的太赫兹时域
波形，及太赫兹辐射强度随着泵浦光
能量密度的依赖关系。
[0023] 图4为2.14mJ/cm2的泵浦光能量密度下，MoSe2/钴异质结在外加磁场作用下产生的太赫兹波振幅随入射泵浦光偏振
角的依赖关系图。
[0024] 图5为2.14mJ/cm2的泵浦光能量密度下，MoSe2/钴异质结在外加磁场作用下产生的太赫兹波振幅随外加磁场方位角的依赖关系图。
[0025] 图6为2.14mJ/cm2的泵浦光能量密度下，MoSe2薄膜、钴金属薄膜及MoSe2/钴金属异质结在外加磁场作用下产生的太赫兹辐射时域光谱及相应频域谱。
[0026] 图中各标号含义：1-铁磁金属，2-MoSe2，3-基底，4-泵浦
光源。
[0027] 以下结合
说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
[0028] 如图1所示，本发明提供的一种MoSe2/铁磁金属太赫兹辐射源，包括铁磁金属层1、MoSe2层2和基底3，其中，通过在基底3表面沉积一定厚度的MoSe2形成MoSe2层2，然后在MoSe2层2表面沉积一定厚度的铁磁金属形成铁磁金属层1。本发明的MoSe2层的厚度为0.72～8nm，铁磁金属的厚度为3～20nm。
[0029] 本发明所用的MoSe2为p型或n型掺杂的MoSe2；铁磁金属为钴金属或钴铁硼合金。
[0030] 本发明的MoSe2通过化学气相法、液相剥离法、外延生长法或氧化还原等方法沉积在基底上。铁磁金属通过真空蒸镀或磁控溅射的方法沉积在MoSe2层表面。
[0031] 本发明的基底材质为不吸收太赫兹波的材料，本发明优选石英、蓝宝石或云母。
[0032] 在制备本发明的MoSe2/铁磁金属太赫兹辐射源时，首先将基底清洗干净，然后使用化学气相法、液相剥离法、外延生长法或氧化还原等方法在基底上沉积MoSe2层，最后使用真空蒸镀或磁控溅射的方法在MoSe2的表面沉积铁磁金属层，即可得到MoSe2/铁磁金属太赫兹辐射源。
[0033] 将本发明的MoSe2/铁磁金属异质结作为太赫兹辐射源产生太赫兹波，具体过程为：
[0034] 首先对本发明的基于MoSe2/铁磁金属异质结的太赫兹辐射源施加磁场，然后使用泵浦光入射到该太赫兹辐射源的铁磁金属上，本发明优选以0°倾斜角正入射到铁磁金属上，由于异质结界面处的逆自旋霍尔效应辐射太赫兹波。本发明的泵浦光4采用中心波长为400～800nm，脉冲宽度为10～100fs，重复频率为1～100kHz的飞秒激光。
[0035] 本发明还可通过改变泵浦光的入射角、泵浦通量等参数，可实现对太赫兹强度的调节。
[0036] 以下给出本发明的具体
实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例中，凡在本
申请技术方案
基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
[0037] 实施例1
[0038] 将基底清洗干净，然后通过化学气相法、液相剥离法、外延生长法或氧化还原中的任一种方法在基底1上沉积MoSe2层2，再通过真空蒸镀或磁控溅射的方法在MoSe2表面沉积铁磁金属。得到的MoSe2/铁磁金属太赫兹辐射源，包括铁磁金属层1、MoSe2层2和基底3。其中，MoSe2层的厚度为1.2nm，铁磁金属为钴金属，铁磁金属层的厚度为3nm；基底为石英基底。
[0039] 本实施例使用频率800nm，脉宽60fs，重复频率1kHz的飞秒激光作为泵浦光源，泵浦光能量密度为2.14mJ/cm2。飞秒激光脉冲以0°正入射泵浦激发异质结表面，产生太赫兹波。
[0040] 以碲化锌为探测晶体在0°透射面探测到了太赫兹波，其结果如图2所示，分别为太赫兹时域光谱及其对应频域谱。
[0041] 实施例2
[0042] 本实施例与实施例1的区别在于：铁磁金属为钴铁硼合金。
[0043] 本实施例激发异质结表面产生太赫兹辐射的过程同实施例1，其结果与实施例1的结果类似，仅是太赫兹波的强度有略微的变化。
[0044] 实施例3
[0045] 本实施例与实施例1的区别在于：MoSe2薄膜的厚度为0.72nm，铁磁金属层的厚度为3nm。
[0046] 本实施例激发异质结表面产生太赫兹辐射的过程同实施例1，其结果与实施例1的结果类似，仅是太赫兹波的强度有略微的变化。
[0047] 实施例4
[0048] 本实施例与实施例1的区别在于：MoSe2薄膜的厚度为8nm，铁磁金属层的厚度为20nm。
[0049] 本实施例激发异质结表面产生太赫兹辐射的过程同实施例1，其结果与实施例1的结果类似，仅是太赫兹波的强度有略微的变化。
[0050] 实施例5
[0051] 本实施例与实施例1的区别在于：改变泵浦光能量密度，得到MoSe2/铁磁金属异质结的太赫兹辐射强度随着泵浦光能量密度的变化关系，其结果如图3所示：
[0052] 图3为泵浦光在0°入射下，MoSe2/铁磁金属异质结的太赫兹辐射强度随着泵浦光能量密度的变化关系。可以看出，开始时太赫兹强度随泵浦光通量线性增加，随着泵浦光通量的继续增强，太赫兹强度的变化偏离线性，逐渐趋于饱和。
[0053] 实施例6
[0054] 本实施例与实施例1的区别在于：改变泵浦光偏振角，得到MoSe2/铁磁金属异质结的太赫兹辐射波形随着入射泵浦光偏振角的变化关系，其结果如图4所示：
[0055] 图4为泵浦光在0°入射下，MoSe2/铁磁金属异质结的太赫兹辐射强度随着入射泵浦光偏振角的变化关系。可以看出，太赫兹强度不随泵浦光偏振角变化而变化，表现为各向同性响应。
[0056] 实施例7
[0057] 本实施例与实施例1的区别在于：改变外加磁场方位角，将外加磁场方向绕样品旋转一周，得到MoSe2/铁磁金属异质结的太赫兹辐射波形随着磁场方向的变化关系，其结果如图5所示：
[0058] 图5为泵浦光在0°入射下，MoSe2/铁磁金属异质结的太赫兹辐射强度随着磁场方向的变化关系。可以看出，太赫兹强度随磁场方向变化表现出 的依赖关系，磁场方向反向时太赫兹波形也发生反向。
[0059] 对比例1
[0060] 本对比例与实施例1的区别在于：使用MoSe2薄膜代替MoSe2/铁磁金属异质结作为太赫兹辐射源。
[0061] 本对比例激发异质结表面产生太赫兹辐射的过程同实施例1，其结果如图6所示。
[0062] 对比例2
[0063] 本对比例与实施例1的区别在于：使用钴金属薄膜代替MoSe2/铁磁金属异质结作为太赫兹辐射源。
[0064] 本对比例激发异质结表面产生太赫兹辐射的过程同实施例1，其结果如图6所示。
[0065] 图6为泵浦光在0°入射下，硒化钼/铁磁金属异质结、MoSe2薄膜以及钴薄膜产生的太赫兹时域光谱及其对应频域谱。可以看出，相对于MoSe2薄膜以及钴薄膜，MoSe2/铁磁金属异质结的太赫兹强度有明显的增强，频域谱带宽也有明显的展宽。
