基于自旋-轨道协同转换的CoPt/Pt/W多层膜太赫兹发射增强机制研究

来自前沿领域的研究团队通过设计CoPt/Pt/W异质界面，提出"自旋-轨道双引擎"机制，突破传统单自由度范式，实现自旋流与轨道流的时空同步转换。该研究使太赫兹发射强度较Co/Pt结构提升约138%，为突破太赫兹源效率瓶颈提供了多量子态协同新范式。

　　

基于自旋-电荷转换（spin-to-charge conversion）的太赫兹（THz）发射器已成为自旋电子学的研究重点。虽然轨道自由度在某些特定材料体系中可实现更长程的弹道传输（ballistic transport），并为高密度信息器件提供新机遇，但整合多重量子态与先进界面工程的协同太赫兹增强机制仍待探索。

本研究提出突破传统单自由度范式的"自旋-轨道双引擎"机制。通过精确设计CoPt/Pt/W异质界面，实现自旋流与轨道流的时空同步转换。在飞秒激光激发下，CoPt合金同时产生自旋极化和轨道极化。自旋流通过铂（Pt）层中的逆自旋霍尔效应（inverse spin Hall effect）转换为横向电荷流，而轨道流则通过钨（W）进行弹道传输，并通过界面逆轨道拉什巴-埃德尔斯坦效应（inverse orbital Rashba–Edelstein effect）诱导电荷积累。

与显示太赫兹发射比传统Co/Pt结构提高约140%的CoPt/Pt双层膜相比，CoPt/Pt/W三层膜实现了额外约138%的增强，显著提升了太赫兹源的发射效率。该研究建立了多量子态协同的通用框架，推动耦合自旋-轨道系统的设计，以克服太赫兹源的效率瓶颈。