[发明专利]一种数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及电磁波发射和调控技术领域，特别是涉及一种数字可编程的阵列化自旋太赫兹源器件。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

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；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。

可选的，所述二维铁磁材料包括：Fe_xGeTe₂、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。

可选的，所述铁磁金属包括：Co、Fe和Ni中的一种或多种。