新兴对称性破缺材料的超快太赫兹发射

在《光：科学与应用》杂志上发表的一篇新文章中，由洛斯阿拉莫斯国家实验室集成纳米技术中心的 Hou-Tong Chen 领导的一组科学家回顾了最近使用太赫兹 (THz) 的一系列研究发射光谱揭示新兴材料的基本特性和复杂的动力学行为。其中包括超导体和磁体等量子材料，以及石墨烯和金属纳米结构等低维材料。

“虽然存在各种非线性光学光谱学，但太赫兹发射可以让你探测材料特性和动力学，这些特性和动力学可能对其他技术仍然隐藏，”该论文的共同主要作者之一 Jacob Pettine 说。“因此，这种方法对于审问新材料变得非常重要。”

太赫兹发射光谱的核心概念是将高频光场整流为低频场，类似于将来自墙壁的交流 (AC) 电流转换为可为设备供电或为电池充电的定向 (DC) 电流所需的整流. 任何整流过程的基础都是对称性破缺——通常是空间镜像/反转对称性，尽管时间反演对称性破缺成为磁系统中的关键。

“在最基本的层面上，太赫兹辐射的发射需要你的材料在空间和/或时间上具有某种方向性，”共同主要作者 Nicholas Sirica 指出。“所以，如果你发出任何太赫兹光，它会立即告诉你一些关于系统对称性的信息。”

共同主要作者 Prashant Padmanabhan 补充说：“然后，您可以通过测量发射的太赫兹场响应不同的入射光偏振、频率或振幅，从而详细了解材料结构、电子和磁性以及光与物质的相互作用。”

审查中探索的一个互补主题是内在(即原子晶格)和外在(人工/纳米级)结构之间的相互作用，其中人工结构可以引入新的对称性并增强太赫兹电流响应，否则内在/散装材料。到目前为止，重点主要放在探索 (i) 新兴量子材料的复杂体积特性，或 (ii) 相对简单的金属、半金属或半导体的低维/纳米结构形式中可能发生的复杂行为。本次审查的一个目标是突出这些想法交叉点的机会。

“在这篇评论文章中，我们旨在概述迄今为止通过太赫兹发射探索的基本系统和基本机制，”陈指出。“我们还试图强调在人工结构系统(例如等离子体超表面)中设计此类材料和光物质相互作用对称性的机会。”

该论文指出，内在、外在和混合材料结构之间的相互作用可能会刺激发现超出现有材料范式的奇异特性和现象。

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