铁电体硫化亚锡的太赫兹波辐射与调制特性研究.pdf

摘要

摘要

自从罗息盐（KNaCOH•HO）的铁电性被发现以来，铁电体由于内部电极化

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的存在而受到研究者们的广泛关注。电极化由中心反演对称性破缺的结构引起，这

种结构使得材料容易发生相变。因此，铁电体可由应力、光场、电场等外部条件调

控，使得其具备优良的光电性能。随着二维材料的蓬勃发展，研究者们相继发现不

少具有铁电性的二维（Two-Dimensional，2D）材料，如InSe、MoTe、第四主族

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单硫族化合物MX（MSn，Ge，XS，Se）等。这些材料具有极薄的原子层和平整

的范德瓦尔斯表面，避免了悬挂键的影响，并且无需满足器件中对晶格匹配的要求。

强的电极化响应对铁电体性能的提升有着至关重要的作用，因此目前的研究主要集

中于寻找高性能的铁电体以及对电极化强度的预测。然而，在实际的光电应用中，

需要根据铁电体的宏观光电响应和微观的物理机理来设计元器件。因此，深入研究

铁电体的电极化响应和阐明其影响机制就显得尤为重要。太赫兹（Terahertz，THz）

光谱作为无损、灵敏、高效的探测技术，已经是研究二维材料的载流子迁移、表界

面电荷转移、非线性特性等过程的成熟的表征手段。基于此，本论文主要围绕铁电

体硫化亚锡（SnS）的太赫兹波辐射和调制特性展开，对其微观的电极化特性以及光

电流响应和宏观的太赫兹波偏振态以及界面调制进行了研究。

本论文的主要工作和创新点如下：

(1)线偏振光激发直立SnS的太赫兹波辐射特性研究

本工作利用激发波长为800nm的透射型太赫兹发射光谱系统，首次研究了直立

SnS纳米片的太赫兹波辐射特性，发现由固有反演不对称性引起的移位电流（Shift

Current）是SnS辐射太赫兹波的主要机理。通过改变泵浦光通量，泵浦光偏振角，

激发方向等实验条件，证明了SnS中自发极化（SpontaneousPolarization）对移位电

流的增强和主导作用。此外，由于直立结构和自发极化的共同作用，引起了太赫兹

波正交分量的相位差和振幅差。通过重构正交分量，得到偏振态可调的太赫兹波，

揭示了SnS有应用于太赫兹偏振器件的发展潜力。本工作在研究铁电体的自发极化

以及可调谐偏振态的太赫兹波辐射方面具有重要的参考意义，相关工作已发表于

PhysicalReviewB期刊。

(2)圆偏振光激发直立SnS的太赫兹波辐射特性研究

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西北大学硕士学位论文

Rashba效应是发生在二维材料中的一种重要的自旋-轨道耦合（Spin-Orbit

Coupling，SOC）效应，引起自旋分裂。当自旋分裂的能带被激发时，产生注入电

流（InjectionCurrent）的效率被大大提高，辐射出对偏振光螺旋度敏感的太赫兹波。

为了系统地研究直立SnS纳米片的自旋-轨道耦合效应，本工作利用椭偏型太赫兹发

射光谱系统，通过改变入射光的螺旋度等实验条件，观察到直立SnS纳米片在圆偏

振光激发下的光电流响应。发现即使SnS具有非对称的晶体结构，有产生自旋-轨道

耦合效应的潜力，但主导其辐射太赫兹波的机理仍为移位电流。这项工作证明了

SnS具有强响应的移位电流，为铁电体的非线性研究提供了实验依据。

(3)SnS/Si范德瓦尔斯界面的太赫兹波调制特性研究

由上两章的内容可知，SnS具有极强的移位电流响应，并展现出对太赫兹波偏

振态的调制性能。基于此，本章利用物理气相沉积法制备了SnS/Si异质结，通过太

赫兹时域光谱，研究了在405nm连续激光激发下，SnS/Si范德瓦尔斯界面对太赫兹

波的调控特性。发现在不同功率的外加光场的泵浦下，影响了SnS/Si界面处光生载

流子的输运过程，改变了SnS/Si异质结的电导率，衰减了透射的太赫兹波振幅，从

而实现了对太赫兹波的调控。当施加550mW，405nm的外加光场时，SnS/Si异质结

对太赫兹波的调控可实