【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近年來，強(qiáng)場太赫茲技術(shù)在調(diào)控超導(dǎo)體、磁性材料與拓?fù)淞孔硬牧系润w系的物性方面取得一系列突破，為揭示新奇物理現(xiàn)象、調(diào)控材料物性和開發(fā)超快功能器件開辟了新路徑。要精準(zhǔn)捕捉這些瞬態(tài)過程，亟需兼具強(qiáng)場驅(qū)動與高信噪比探測性能的定制化實驗平臺。針對這一前沿需求，綜合極端條件實驗裝置“極端條件光譜測量-太赫茲與紅外實驗站”太赫茲光譜單元負(fù)責(zé)人汪信波副研究員，基于多年在強(qiáng)場太赫茲調(diào)控與表征方面的積累，自主搭建了多套先進(jìn)的超快泵浦-探測光譜系統(tǒng)，并與北京大學(xué)王楠林教授課題組合作，首次將基于桌面激光器的強(qiáng)場太赫茲源與劈裂式超導(dǎo)磁體相結(jié)合，構(gòu)建了可在低溫(1.5K)、強(qiáng)磁場(10T)條件下進(jìn)行原位偏振測量的非線性太赫茲光譜測量系統(tǒng)[Rev. Sci. Instrum. 95, 103007 (2024)]，顯著拓展了大科學(xué)裝置的測量能力。
 

　　最近，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心懷柔研究部Hx-Ex1組汪信波副研究員、雒建林研究員，與清華大學(xué)材料學(xué)院李千副教授、南策文院士、李敬鋒教授、南京大學(xué)劉俊明教授合作，在拓?fù)滂F電材料的超快動力學(xué)研究方面取得重要突破。通過動力學(xué)相場模擬，研究團(tuán)隊發(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。依托太赫茲光譜單元發(fā)展的太赫茲場致二次諧波(TFISH)技術(shù)，團(tuán)隊利用強(qiáng)場單周期太赫茲脈沖實現(xiàn)了與上述集體模式的共振耦合，從而相干地驅(qū)動體系進(jìn)入一個瞬態(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)實現(xiàn)穩(wěn)定調(diào)控。更進(jìn)一步，通過干涉式太赫茲場致二次諧波(iTFISH)技術(shù)，成功捕捉到瞬態(tài)極化的多重翻轉(zhuǎn)，并識別出0.2THz與2.1THz兩個特征激發(fā)模式。
 

　　該工作系統(tǒng)地闡明了拓?fù)滂F電材料中的宏觀非線性光學(xué)響應(yīng)與微觀集體動力學(xué)過程之間的內(nèi)在聯(lián)系，不僅揭示了一種全新的光場物態(tài)調(diào)控機(jī)制，也表明極性斯格明子等拓?fù)潴w系是探索豐富超快功能性質(zhì)和構(gòu)筑高性能光電子器件的理想平臺。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Physics 。該研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項目、原創(chuàng)探索計劃項目、中央高校青年教師科研創(chuàng)新能力支持項目(U40)和中國科學(xué)院等的資助，以及綜合極端條件實驗裝置的支持。
 

　　圖：太赫茲脈沖激發(fā)下斯格明子的集體動力學(xué)模式與瞬態(tài)極性相。(a)通過太赫茲共振激發(fā)集體振蕩模式誘導(dǎo)瞬態(tài)極性相示意圖。(b)斯格明子集體振蕩模式的動力學(xué)相場模擬結(jié)果。(c)測試裝置示意圖。(d)瞬態(tài)二次諧波響應(yīng)的理論模型。(e)干涉式太赫茲場致二次諧波(iTFISH)測量結(jié)果。(f)集體振蕩模式的空間運動模式模擬結(jié)果。(g)斯格明子太赫茲動力學(xué)的溫度穩(wěn)定性。