(客座編輯: 吳曉君 北京航空航天大學(xué); 王楠林 北京大學(xué))

太赫茲輻射在電磁波譜上位于紅外和微波之間, 頻率通常劃定為0.1—10.0 THz. 太赫茲光子能量低(約4.1 meV (1 THz)), 對應(yīng)半導(dǎo)體帶內(nèi)載流子動力學(xué)和非線性光學(xué)效應(yīng)所需能量, 對應(yīng)關(guān)聯(lián)電子體系中眾多重要的單粒子和集體激發(fā)能量尺度, 對應(yīng)液態(tài)水氫鍵網(wǎng)絡(luò)的慢弛豫轉(zhuǎn)動能級, 生物大分子集體振動頻率, 宇宙大爆炸背景輻射的主要能量等. 太赫茲技術(shù)不僅可用于研究關(guān)聯(lián)電子體系的量子多體問題, 水科學(xué)和復(fù)雜生物體系的能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化問題, 宇宙起源和生命起源的本質(zhì)問題, 而且在移動通信、檢測病毒、醫(yī)療成像、安檢反恐、探索宇宙等方面有著極其重要的應(yīng)用前景.隨著5G的普及, 6G應(yīng)用已提上日程. 6G將全面進(jìn)入太赫茲時(shí)代, 太赫茲技術(shù)也逐漸走進(jìn)了大眾的視野, 成為人類認(rèn)識世界的“第三只眼睛”.

1971年, 人們在鈮酸鋰晶體中獲得了人類歷史上第一束太赫茲脈沖激光. 經(jīng)過近半個世紀(jì)的快速發(fā)展, 雖然部分太赫茲技術(shù)已逐步從實(shí)驗(yàn)室研究向應(yīng)用階段過渡, 但太赫茲領(lǐng)域的關(guān)鍵瓶頸問題依然沒有得到很好的解決. 高效率輻射源、高靈敏度探測器和功能器件的缺乏, 直接阻礙了太赫茲科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展, 成為電磁場與電磁波領(lǐng)域的關(guān)鍵核心問題之一. 事實(shí)上, 一個國家的太赫茲技術(shù)水平很大程度上取決于該國的太赫茲源水平, 進(jìn)而牽動了其他相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展. 由于太赫茲源的缺乏, 現(xiàn)有太赫茲研究大多處于弱場被動檢測的線性區(qū), 然而產(chǎn)生強(qiáng)場太赫茲輻射并用其驅(qū)動物質(zhì)發(fā)生相變或精確操控物質(zhì)量子狀態(tài)已經(jīng)成為太赫茲領(lǐng)域重要發(fā)展方向.

自旋電子學(xué)與太赫茲科技在近二十年來經(jīng)歷了它們狂熱的青春期, 都領(lǐng)略著自己空前繁榮的輝煌時(shí)代. 隨著學(xué)科交叉融合的深入, 太赫茲與自旋電子學(xué)的聯(lián)手正在創(chuàng)造更多的驚喜. 例如, 1)超快激光泵浦的自旋激發(fā)太赫茲輻射為低成本、超寬帶、易集成、偏振可調(diào)諧的太赫茲輻射源提供了思路; 2)太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)及其與低溫和強(qiáng)磁場的結(jié)合, 為磁性系統(tǒng)自旋動力學(xué)表征和研究提供了新的方法; 3)利用強(qiáng)太赫茲輻射的電場或磁場分量對磁性或其他物質(zhì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)非絕熱量子狀態(tài)調(diào)控是令人非常著迷而熱門的研究課題.

為進(jìn)一步促進(jìn)國內(nèi)同行的交流, 《物理學(xué)報(bào)》組織出版了“太赫茲自旋光電子”專題, 邀請活躍在本領(lǐng)域的部分專家, 從太赫茲與自旋體系的物理和材料方面, 以不同的視角介紹本領(lǐng)域的最新進(jìn)展和未來趨勢. 鑒于太赫茲科學(xué)與技術(shù)和自旋電子學(xué)屬于交叉學(xué)科, 具有多樣性及復(fù)雜性的特點(diǎn),本專題只能重點(diǎn)介紹太赫茲自旋光電子領(lǐng)域的部分研究成果, 與讀者和同行分享. 從研究內(nèi)容上,目前可大致分為兩類: 一是探索自旋太赫茲發(fā)射物理規(guī)律, 尋找下一代新型太赫茲輻射材料; 二是探索太赫茲電磁場和電磁波與自旋材料的相互作用物理和應(yīng)用.

希望本專題能有助于擴(kuò)大太赫茲自旋光電子學(xué)在海內(nèi)外華人學(xué)者中的影響, 吸引更多學(xué)者, 尤其是年輕學(xué)者的關(guān)注和加入, 為我國在本領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展增添新生力量.