Terahertz wave has been used in many fields due to its unique characteristics. Recently, it is also widely
applied to analyze magnetic materials. However, new approaches have been required due to the need for more
efficient terahertz wave sources and the limitations of the analysis method using terahertz waves. In this thesis,
we propose two approaches to overcome the current issues in the field of nonlinear organic crystal as to develop
THz technology. We also propose a noble perspective in magnetic analysis of rare-earth trans-metal ferrimagnets
to improve our understanding in material with THz technology. The validity and versatility of the suggested
methods are confirmed with electrical and optical measurements, especially THz emission spectroscopy.
The first approach is control of refractive index by manipulating the bandgap to improve the phase-matching
condition in the near-infrared range. The refractive index and absorption, measured in the optical and the
terahertz range, indicated that the phase-matching condition was more improved in the near-infrared range. The
effect of the improved phase-matching condition was confirmed through terahertz generation. Furthermore,
based on the previous results, we developed new nonlinear organic crystal that can exhibit high efficiency in the
near-IR range.
The second approach is utilizing off-diagonal nonlinear components for efficient THz generation, including
suppressing or eliminating the self-absorption of organic crystals in the THz range. From this, the interaction
between phonons and THz waves was minimized and we can confirm the spectrum without absorption by
phonons in the below 4 THz.
The third approach is an analysis of magnetic properties of rare-earth transition-metal ferrimagnetic material
through energy-dependent measurements. We observed clearly different responses to external magnetic fields
according to the energy level and measured spin-glass-like behaviors by THz emission spectroscopy.
테라헤르츠 파는 그 대역에서의 독특한 특성으로 많은 분야에서 활용되고 있으며, 최근에는
자성체 분야에서도 자성 물질을 분석하기 위해 많이 응용되고 있다. 하지만 좀더 효율적인
테라헤르츠 광원에 대한 필요성과 테라헤르츠 파를 이용한 분석 방법의 한계로 인해 새로운
관점에서의 접근 방법이 필요하다. 본 연구에서는 테라헤르츠 기술 발전의 측면으로 기존
비선형 유기결정 연구분야의 이슈를 극복하기 위한 두 가지의 접근방법을 제시하였고,
테라헤르츠 기술을 통한 물질 이해의 측면으로는 페리자성 희토류 전이금속 합금의 자성을
분석하는 새로운 관점을 제시하였다. 제시된 방법들은 테라헤르츠 발생 분광법을 중심으로
전기적, 광학적 측정법을 통해 유용성을 확인하였다.
첫번째는 비선형 유기결정의 밴드갭을 조절하여 근적외선 대역과 테라헤르츠 대역의 굴절률
차이를 줄이는 방법을 제안하였다. 먼저 광학 대역과 테라헤르츠 대역에서 굴절률 및 흡수
측정을 기반으로 기존 물질보다 근적외선 대역에서 위상정합조건이 더 향상된 것을 확인 하였다.
이를 테라헤르츠 발생을 통하여 향상된 위상정합의 영향을 확인하였다. 더 나아가 이전 결과를
기반으로 근적외선에서 고효율의 고출력 테라헤르츠 광원이 될 수 있는 비선형 유기결정을
개발하였다.
두번째는 비선형 유기결정의 비대각 비성형성을 통하여 유기결정의 자체 흡수를 억제하거나
사라지게하는 접근방법을 시도하였다. 이로부터 포논과의 상호작용을 최소화시켜 4 테라헤르츠
이하의 대역에서 포논에 의한 흡수가 없는 스펙트럼을 확인하였으며, 비대각비선형 성분을
최적화시켜 현재 사용되고있는 비선형 결정을 대체 할 수 있는 비대각 유기결정을 개발하였다.
세번째는 페리자성 희토류 전이금속 합금의 자기적 특성을 각기 다른 에너지 대역을 관측하는
4개의 분석 방법을 통하여 분석하는 것을 제안하였다. 이로부터 페리자성 희토류 전이금속
합금의 에너지 레벨에 따라 외부 자기장에 대한 다른 반응을 확인 하였다. 추가적으로 4f
에너지 준위를 가진 희토류에 의해 스핀글라스의 대표적인 특성인 수 분 단위의 매우 느린
동역학과 저온에서 자기 모멘트가 굳는 것을 테라헤르츠 발생 분광법을 통하여 확인하였다.
