扫描隧道显微镜结内超宽带太赫兹脉冲的相位分辨探测
应用物理
2020-08-28 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
将相位稳定的单周期太赫兹（THz）脉冲耦合到扫描隧道显微镜（STM）结中，可实现飞秒时间分辨与埃空间分辨的时空成像。此类太赫兹门控STM所达到的时间分辨率最终受限于作为超快电压脉冲的针尖增强太赫兹场的亚周期时间变化，因而受限于将高频、宽带太赫兹脉冲馈入结中的能力。在此，我们报道了将超宽带（1—30 THz）单周期太赫兹脉冲从自旋电子太赫兹发射器（STE）耦合到金属STM结中。我们展示了通过太赫兹场诱导的超快光电流调制，在STM结中直接对太赫兹电压瞬态进行宽带相位分辨探测。与未受扰动的远场太赫兹波形比较揭示了STM针尖的天线响应。尽管针尖引起低通滤波，在针尖增强近场中仍可探测到高达15 THz的频率，产生半周期115 fs的太赫兹瞬态。我们进一步展示了通过STE磁化对太赫兹偏置极性的简单控制，并表明在当前装置中可实现1 MHz重复频率下高达2 V的太赫兹偏置。最后，我们发现太赫兹电压和波形在较宽针尖—样品距离范围内近乎恒定，通过与数值模拟比较证实了太赫兹脉冲的准静态性质。我们的结果证明了自旋电子太赫兹发射器适用于具有前所未有太赫兹偏置带宽的超快太赫兹STM，并增进了对确定纳米尺度结飞秒响应的理解。
引用
@article{arxiv.2003.09214,
title = {Phase-resolved Detection of Ultrabroadband THz Pulses inside a Scanning Tunneling Microscope Junction},
author = {Melanie Müller and Natalia Martín Sabanés and Tobias Kampfrath and Martin Wolf},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.09214},
year = {2020}
}
备注
5 figures, supporting information available