【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近年來，強場太赫茲技術(shù)在調(diào)控超導體、磁性材料與拓撲量子材料等體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。要精準捕捉這些瞬態(tài)過程，亟需兼具強場驅(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”太赫茲光譜單元負責人汪信波副研究員，基于多年在強場太赫茲調(diào)控與表征方面的積累，自主搭建了多套先進的超快泵浦-探測光譜系統(tǒng)，并與北京大學王楠林教授課題組合作，首次將基于桌面激光器的強場太赫茲源與劈裂式超導磁體相結(jié)合，構(gòu)建了可在低溫(1.5K)、強磁場(10T)條件下進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)]，顯著拓展了大科學裝置的測量能力。
 

　　最近，中國科學院物理研究所/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，與清華大學材料學院李千副教授、南策文院士、李敬鋒教授、南京大學劉俊明教授合作，在拓撲鐵電材料的超快動力學研究方面取得重要突破。通過動力學相場模擬，研究團隊發(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)，團隊利用強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)地闡明了拓撲鐵電材料中的宏觀非線性光學響應與微觀集體動力學過程之間的內(nèi)在聯(lián)系，不僅揭示了一種全新的光場物態(tài)調(diào)控機制，也表明極性斯格明子等拓撲體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基金委基礎(chǔ)科學中心項目、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)集體振蕩模式誘導瞬態(tài)極性相示意圖。(b)斯格明子集體振蕩模式的動力學相場模擬結(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的溫度穩(wěn)定性。