高圧で2D半導体GaTeのテラヘルツ放射を13倍に増強(New Study Reveals High Pressure Boosts Terahertz Emission by 13-Fold in 2D Semiconductor GaTe)

2025-11-28 中国科学院(CAS)

中国科学院の研究チームは、2次元半導体GaTeに高圧を加えることで、テラヘルツ(THz)放射強度を最大13倍まで増強できることを発見した。ダイヤモンドアンビルセルによる高圧下で、GaTeの結晶構造と電子構造が大きく変化し、THz放射の振幅・周波数・位相を精密に制御できた点が特徴である。特に、高圧条件では超高速過程の時間順序が明確に観測され、150フェムト秒以上の位相シフトから、THz放射を生む主要機構が「過渡電流が先行し、その後に光整流が起こる」という順序であることが直接示された。第一原理計算も、圧力によってGaTeの共鳴周波数や初期電荷分布が変化することを支持し、THz放射を統一的に理解する枠組みが提示された。本成果は新規THz材料の設計指針を与え、次世代THz光源の高効率化や可変化に貢献すると期待される。

<関連情報>

二次元ガリウムテルル結晶における圧力調整可能なコヒーレントテラヘルツ放射 Pressure-Tunable Coherent Terahertz Emission in a Two-Dimensional Gallium Telluride Crystal

Kai Zhang, Jiafeng Xie, Xinyao Wang, Zehuai Huang, Donghan Jia, Hong Li, Enen Li, Huiyang Gou, Fuhai Su, Xinlong Xu, Harald Schneider, Yirong Wu, Guangyou Fang, Tianwu Wang
Laser & Photonics Reviews  Published: 02 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/lpor.202501885

ABSTRACT

Coherent terahertz (THz) emission driven by ultrafast light–matter interactions is central to the development of advanced photonic and optoelectronic technologies. However, enhancing THz emission efficiency remains challenging due to the intrinsic dependence of generation mechanisms-optical rectification (OR) and shift current (SC)-on fixed material properties such as lattice symmetry and electronic structure. Here, we demonstrate hydrostatic pressure as an effective in situ control parameter for modulating THz emission in a two-dimensional GaTe crystal. Using ultrafast THz emission spectroscopy in a diamond anvil cell (DAC), we observe a more than 13-fold enhancement in THz output under compression. By tuning the excitation wavelength, we uncover a pressure-induced transition from bound-electron OR to free-carrier SC, featuring a systematic forward time shift in THz waveform. First-principles calculations reveal that the enhanced emission and time shift originate from pressure-driven changes in resonance frequency and charge density. These results highlight hydrostatic pressure as a powerful means to tailor nonlinear light–matter interactions and optimize coherent THz emission in low-dimensional systems.

0403電子応用
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