THz在凝聚态物理研究中的应用

侯碧辉 郝伟 徐新龙 汪力

北京工业大学应用数理学院  中科院物理所

    THz波填补了红外光和微波的频率空白。使在全频范围内研究凝聚态物质与电磁波(光)的相互作用成为可能，特别是对固体元激发的研究具有重要意义。THz频率范围内的固体元激发有：离子晶体的横光学声子和纵光学声子，离子晶体的横光学声子与光子相互作用产生的极化激元，金属的等离子体振荡，金属和半导体的回旋共振等。
  
    我们对光学晶体MgF2单晶在THz频范围的波谱进行了实验研究．在0.5—2.5THz范围测出MgF2单晶的THz波吸收谱和折射率谱。
   
    完好的MgF2单晶（样品l#）吸收系数（0.2—22.5／cm）是随频率增加而呈直线增大，表明有光学声子被激发；有位错缺陷的MgF2单晶（样品2#）吸收系数较小，表明光学声子较少。Co掺杂的MgF2单晶（样品3#）吸收系数变化较大，而且在1.90 THz出现峰值（吸收系数达到70／cm）。
   
    样品1#的折射率随频率增加在1.2THz出现底谷，折射率为2.16；而样品2#的折射率比1#样品和3#样品都大（在2.45以上），在0.5THz以下更大（达到2.67），而且在0.16—2.50THz随频率增加变化很小，折射率约为2.45；Co掺杂的在0.5一1.0T'Hz折射率随频率增加几乎不变（约为2.23)，在1.5—2.0 THz随频率增加折射率陡然减小到2.15．
   
    MgF2单晶本身是红外一紫外（8500—120nm，35THz一2500THz）常用的光学窗口材料。结合样品1#的宽频（2000nm一200nm）吸收系数实验（见图），结果表明MgF2单晶材料在THz远红外区域仍然适合做光学窗口材料。