近期，大湾区空天信息研究院（大湾区院）与中国科学院合肥物质科学研究院固体所计算物理与量子材料研究部、北京高压科学研究中心等团队合作，利用搭建的高压太赫兹发射光谱系统，系统研究高压下半导体GaTe的太赫兹发射动力学和光电导动力学，观测到高压下发射强度的巨大增强以及发射时间的前移现象。
由超快激光脉冲驱动的高效太赫兹源是超快光谱和成像的应用的重要研究方向。一般情况下，太赫兹脉冲是由电子和晶格对入射激光脉冲的电场立即响应而发射的。因此，在时域上对比不同过程之间的超快响应，对于优化太赫兹发射效率和带宽至关重要。
然而，在实际情况中，电子响应经常被复杂的多体相互作用所改变，如晶格库仑势、电子-电子和电子-声子相互作用。这些效应可能导致不同的发射机制交织在一起，并在太赫兹瞬变之间产生意想不到的相关性。解析这些过程，可以加深我们太赫兹辐射基本机制的理解，加速实现下一代太赫兹源的系统开发。
在研究中，中国科学院院士吴一戎、大湾区院研究员方广有、大湾区院研究员王天武团队在国际上率先利用金刚石对顶砧作为强大的原位调控工具，直接利用二维半导体GaTe的晶格与电子结构，研究压力效应对材料太赫兹发射效率和机制的影响。
实验观察到太赫兹辐射强度显著增强，达到常压条件下的13倍。随着压力增大，光整流区域出现超过100 fs的相位左移，并最终在光电流发射过程中消失，表明瞬态电流发射过程先于光整流发生。结合经典非谐振子模拟与第一性原理计算，研究证实太赫兹辐射的增强及光整流过程中的时间偏移，源于材料固有共振频率和初始净电荷密度在压力作用下的改变。
该研究从实验与理论两方面论证静水压力可有效调控相干太赫兹辐射的振幅、频率与相位，并对光整流、超快电流发射及其间的共振机制提出了定性解释。这一发现表明，压力可作为调控太赫兹发射动力学与超快动力学的重要手段。
近年来，多种新兴材料，包括拓扑材料、自旋电子材料及异质结构材料，已展现出产生强太赫兹辐射的潜力，其来源涵盖不对称拓扑电子跃迁、自旋输运、相干声子以及层间电荷转移所引起的极化率变化、瞬态电流等。静水压力为优化现有太赫兹发射材料、探索新型太赫兹发射体提供了新的途径，有助于提升其带宽、效率与可调节性。
特别在，对压力下太赫兹发射动力学的研究，将为实现基于化学压力调制的掺杂工程策略、开发高性能太赫兹发射材料提供重要指导，有望推动太赫兹发射器在技术应用中的性能提升与适用拓展。
上述研究成果以“Pressure-tunable coherent terahertz emission in a two-dimensional gallium telluride crystal”为题发表在Laser & Photonics Reviews。大湾区院副研究员张凯为文章第一作者，王天武、中国科学院合肥物质科学研究院研究员苏付海和北京高压科学研究中心研究员缑惠阳为论文的共同通讯作者。西北工业大学研究员徐新龙和德国德累斯顿亥姆霍兹鲁森道夫中心（Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf）教授Harald Schneider参与了该项研究。上述研究中的理论计算部分由大湾区院谢家峰和黄泽怀完成。该工作得到了国家基金委卓越研究群体项目（原基础科学中心项目）、国家重点研发计划项目、国家杰出青年科学基金项目、广州市青年人才项目和广东省珠江人才计划项目的支持。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202501885
图1 实验方法示意图。DAC是金刚石对顶砧装置
图2 不同压力下1.55 eV激发光产生的时域太赫兹波形
图3 GaTe和ZnTe之间发射的太赫兹波的幅值比EGaTe/EZnTe的压力依赖性
图4 GaTe的能隙与压力相图
图5 模拟不同振荡频率下GaTe的非线性极化率以及由其相应的二阶导得到的太赫兹发射光谱Eemi
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