Te基全二维异质结中衬底场诱导的高性能太赫兹调制器

高性能有源太赫兹(THz)调制器对于下一代通信技术至关重要。然而，它们目前面临着调制深度和速度之间的权衡。

二维(2D)材料具有独特的物理特性，例如强光与物质相互作用、原子薄的轮廓和快速载流子复合，可以为研究基础物理中的光电器件提供一个有趣的平台。因此，迫切需要找到能够提高器件性能的有利二维材料。

新兴的单元素二维碲(Te)是一种有趣的新选择。这种材料具有独特的螺旋链结构，具有层依赖的带隙、极高的载流子迁移率、强的光学响应和良好的空气稳定性等良好的特性。

太赫兹光电子教育部重点实验室、首都师范大学物理系北京成像理论与技术高精尖创新中心周庆丽教授带领的科学家团队在《Light:Science&Application》上发表了一篇新论文大学、中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室及其合作者开发了Te基太赫兹调制器，成功地将器件性能提升到现有全二维器件中的最优和适用水平宽带调制器。

研究人员发现，Te纳米膜可以在皮秒时间尺度内实现高调制深度，并在低泵浦激发下表现出超灵敏的响应。结合全二维异质结构设计和衬底工程，可以实现器件的参数优化。因此，他们制造的具有Ge/Te堆叠顺序的异质结表现出超高的调制深度和短寿命的载流子寿命，同时具有低损耗和宽带宽特性。

进一步的光响应实验表明，由于界面势垒，Ge/Te具有明显的整流效应。为了探索观察到的堆叠顺序的显着影响，该团队计算了基底感应电场的方向，并揭示了其在与电荷转移和层间激子复合相关的光生载流子动力学中不寻常的相互作用机制。

他们的研究结果可以为全二维异质结构中超快电荷转移和激子动力学的内部机制提供更全面的理解，指导异质界面的设计，并设想一种新型的节能、高速、低插入损耗和宽带可调谐太赫兹光子器件。

高性能太赫兹调制器以Te纳米膜及其异质结为核心，解决调制深度和速度之间的权衡问题。此外，他们还发现材料的堆叠顺序对调制性能有明显的影响。计算和分析表明，衬底的有效场通过堆叠顺序设计异质界面的能带结构，从而可以调控光学瞬态行为。

“我们推出了具有独特结构的二维Te纳米膜作为新型光控太赫兹调制器，并证明其集成异质结可以成功地将器件性能提高到现有全二维宽带调制器中的最佳和适用水平。

“进一步的光响应测量证实了堆叠顺序的显着影响。我们首先通过第一性原理计算阐明了基底感应电场的方向，并揭示了与电荷转移和层间激子复合相关的光激发载流子动力学中不寻常的相互作用机制。

“我们获得的结果表明，Te基全二维vdW异质结与衬底工程可以显着提高器件性能，并为光控高效太赫兹调制器的设计、优化和应用开辟了新思路，”国家研究人员。

科学家们表示：“我们相信，这项工作的结果不仅在基础层面上具有极大的意义，而且还为基于功能纳米材料的高性能太赫兹调制器的未来设计和开发提供了指导。”