对于二维材料和器件,施加纵向磁场更方便。作为经典的纵向磁光效应,法拉第效应可以引起磁光材料中线性偏振光的非互易旋转,如果能够实现大的法拉第旋转角度,就可以广泛应用于偏振旋转器、隔离器和磁光调制器中。在THz波段,已经在一些高电子迁移率半导体中观察到了法拉第旋转现象,例如InSb、HgTe和石墨烯。Shuvaev等首次在室温下观察到在太赫兹光谱范围内HgTe薄膜中的巨磁化法拉第效应[17]。当B=1 T时,在70 nm厚的HgTe薄膜中法拉第旋转角的最大值在0.35 THz处达到0.21 rad,相应的韦尔代(Verdet)常数V高达3×106 rad·T-1·m-1。Fallahi等也提出一个石墨烯太赫兹超表面结构来操控巨磁化法拉第旋转,实现的法拉第旋转角达到0.1 rad,调节带宽超过1 THz,并且通过对1 T到7 T强度的磁场调节,实现了器件在0.5~5 THz频率间的可调谐[18]。Tamagnone等报道了一个基于单层石墨烯的THz非互易隔离器,在7 T的强偏置磁场下,该隔离器在2.9 THz处实现了约20 dB的单向隔离传输,器件插入损耗为7.5 dB[19]。虽然这些材料具有很大的Verdet常数,但由于它们相对于THz波长较薄的厚度,所能实现的法拉第旋转角度受到限制,并且需要非常强的磁场。
本节介绍一种InSb-金属光栅结构的双层磁等离子体结构,用来实现THz波单向传输、磁调制和偏振转换。利用InSb-金属光栅结构的磁表面等离子体共振和两个金属光栅之间的F P效应大大增强了InSb材料的磁光效应,实现了高隔离度单向传输功能。此外,还研究了该器件对外磁场、温度和器件结构参数的依赖性以及实现可调谐的磁控方法。(www.xing528.com)
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