[发明专利]一种石墨烯太赫兹波探测器

说明书

本发明涉及太赫兹波探测领域，具体提供了一种石墨烯太赫兹波探测器，反铁磁层的材料为硬磁反铁磁材料，钉扎层置于反铁磁层上，钉扎层的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，石墨烯层置于钉扎层上，自由层置于石墨烯层上，自由层的材料为磁各向异性弱的软磁材料。应用时，应用固定磁场作用于本发明，以产生巨磁阻效应；同时，应用待测太赫兹波照射石墨烯层。通过测量太赫兹波照射时和无太赫兹波照射时，钉扎层和自由层之间电阻的差异，确定待测太赫兹波的强度或波长。本发明具有太赫兹波探测灵敏度高的优点。

技术领域

本发明涉及太赫兹波应用领域，具体涉及一种石墨烯太赫兹波探测器。

背景技术

太赫兹波的频段位于红外和微波之间，频率在0.1-10THz范围内，波长范围在3毫米-20微米，位于毫米波与红外波之间。相比于其他频段的电磁波，太赫兹波具有很多独特的特性，太赫兹技术在军事及民用方面具有巨大的应用前景。太赫兹波与分子或材料的低频振动或转动能量范围匹配，太赫兹波的传播、反射、散射、透射、吸收等方面的特性与毫米波、红外线不同，在物质表征和操控方面具有巨大的应用空间。

太赫兹波探测是太赫兹技术的重要方面。现有商用的太赫兹波探测器主要包括辐射热机、肖特基二极管、热释电探测器等。辐射热机需要在低温下展开工作、肖特基二极管也需要在低温下工作、热释电探测器的响应速度慢。1993年，国外科学家提出基于场效应管的太赫兹波探测器，并且将石墨烯作为关键材料。但是，该类太赫兹波探测器是基于石墨烯等关键材料的导电特性变化的，灵敏度低、噪声大。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种石墨烯太赫兹波探测器，包括反铁磁层、钉扎层、石墨烯层、自由层，反铁磁层的材料为硬磁反铁磁材料，钉扎层置于反铁磁层上，钉扎层的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，石墨烯层置于钉扎层上，自由层置于石墨烯层上，自由层的材料为磁各向异性弱的软磁材料。

更进一步地，还包括石墨烯片，石墨烯片置于自由层内。

更进一步地，石墨烯片平行于石墨烯层。

更进一步地，石墨烯片的形状为方形或矩形。

更进一步地，石墨烯片在石墨烯片所在的平面内周期设置。

更进一步地，还包括第二石墨烯层，第二石墨烯层覆盖自由层。

更进一步地，石墨烯层中石墨烯的层数少于10层。

更进一步地，自由层的材料为NiFe合金、CoFe合金、CoFeB合金。

更进一步地，钉扎层的材料为Co、Fe、CoFe、CoFeB、CoFeAl合金。

更进一步地，反铁磁层的材料为IrMn、PtMn、FeMn。

本发明的有益效果：本发明提供了一种石墨烯太赫兹波探测器，包括反铁磁层、钉扎层、石墨烯层、自由层，反铁磁层的材料为硬磁反铁磁材料，钉扎层置于反铁磁层上，钉扎层的材料为自旋性极化率高的金属或半金属，石墨烯层置于钉扎层上，自由层置于石墨烯层上，自由层的材料为磁各向异性弱的软磁材料。应用时，应用固定磁场作用于本发明，以产生巨磁阻效应；同时，应用待测太赫兹波照射石墨烯层。通过测量太赫兹波照射时和无太赫兹波照射时，钉扎层和自由层之间电阻的差异，确定待测太赫兹波的强度或波长。在本发明中，石墨烯层吸收太赫兹波后，石墨烯层产生热，从而改变了石墨烯层的导电特性或量子隧穿特性，从而改变了钉扎层和自由层之间的电阻。因为钉扎层和自由层之间的电阻显著地依赖于石墨烯层的导电特性或量子隧穿特性，所以本发明具有太赫兹波探测灵敏度高的优点。在本发明中，石墨烯层不是作为场效应管的关键材料，不是改变沿着石墨烯层的导电特性，而是改变了垂直于石墨烯层的量子隧穿特性，因此，本发明的灵敏度高、噪声小。本发明是基于磁隧道结的，应用石墨烯层替代势垒层，不用再制备传统势垒层，不增加设备制备的复杂程度。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。