近年來(lái),強(qiáng)場(chǎng)太赫茲技術(shù)為揭示新奇物理現(xiàn)象、調(diào)控材料物性和開(kāi)發(fā)超快功能器件開(kāi)辟了新路徑。精準(zhǔn)捕捉這些瞬態(tài)過(guò)程,亟需兼具強(qiáng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)與高信噪比探測(cè)性能的定制化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

近日,中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心聯(lián)合清華大學(xué)、南京大學(xué),在拓?fù)滂F電材料的超快動(dòng)力學(xué)研究方面取得進(jìn)展。

研究通過(guò)動(dòng)力學(xué)相場(chǎng)模擬發(fā)現(xiàn),PbTiO₃/SrTiO₃超晶格中的極性斯格明子具有一系列低于2THz的集體動(dòng)力學(xué)模式,其頻譜與基于鈮酸鋰產(chǎn)生的太赫茲脈沖高度匹配。研究依托太赫茲光譜單元發(fā)展的太赫茲場(chǎng)致二次諧波技術(shù),利用強(qiáng)場(chǎng)單周期太赫茲脈沖實(shí)現(xiàn)了與上述集體模式的共振耦合,從而相干地驅(qū)動(dòng)體系進(jìn)入一個(gè)瞬態(tài)的、具有宏觀極化的隱藏極性相,并在4K至470K的超寬溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定調(diào)控。研究進(jìn)一步通過(guò)干涉式太赫茲場(chǎng)致二次諧波技術(shù),捕捉到瞬態(tài)極化的多重翻轉(zhuǎn),并識(shí)別出0.2THz與2.1THz兩個(gè)特征激發(fā)模式。

上述成果闡明了拓?fù)滂F電材料中的宏觀非線性光學(xué)響應(yīng)與微觀集體動(dòng)力學(xué)過(guò)程之間的內(nèi)在聯(lián)系,揭示了新的光場(chǎng)物態(tài)調(diào)控機(jī)制,并證實(shí)極性斯格明子等拓?fù)潴w系是研究豐富超快功能性質(zhì)和構(gòu)筑高性能光電子器件的理想平臺(tái)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-物理學(xué)》(Nature Physics)上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院等的資助,并獲得綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置的支持。

論文鏈接

太赫茲脈沖激發(fā)下斯格明子的集體動(dòng)力學(xué)模式與瞬態(tài)極性相