太赫兹辐射本质上是电磁波谱中位于毫米波与远红外之间的过渡频段，通常指频率约为 0.1 THz 至 10 THz 的电磁波。它向低频方向连接微波、毫米波和宏观电子学，向高频方向连接远红外、红外和光子学，因此常被视为电子学与光子学之间的桥接谱段。所谓“太赫兹”只是按频率命名：1 THz=10¹² Hz，表示电磁场每秒振荡 10¹²次。由于我们日常熟悉的可见光通常用波长表征，例如绿光约为 500 nm，单独看到 THz 这个频率单位很难立即形成直观图像；但频率和波长通过 c=fλ 严格对应，因此 1 THz 在真空中等价于约 300 μm，也就是 0.3 mm 的电磁波——这个尺度大约相当于三到四根头发丝并排的宽度，其波长约为绿光的 600 倍。进一步地，1 THz 还同时对应 1 ps 的振荡周期、4.136 meV 的单光子能量和 33.36 cm^-1 的波数。由此可见，太赫兹并不是一种神秘的新辐射，而是波长在毫米到几十微米、周期在皮秒量级、光子能量在毫电子伏特量级的非电离电磁波；它的特殊性恰恰在于同时连接了电子学中的频率/带宽语言和光谱学中的波长/能量/波数语言。

太赫兹之所以重要，并不仅因为它位于电子学与光子学之间的“中间地带”，而且因为这个频段恰好对应了许多材料体系中最关键、最基本的低能自由度。自由载流子的带内输运、半导体中的散射与迁移率、超导体中的超流响应与能隙、极性晶体中的低频光学声子、二维材料中的层间振动与等离激元、分子晶体和生物大分子中的集体低频振动，往往都落在太赫兹或相邻能区。因此，太赫兹不是简单地“多了一段光谱”，而是提供了一种直接进入材料低能电动力学的手段。它既能以频率和带宽的语言连接未来高速通信与高频电子学，也能以能量、波数和谱线的语言连接凝聚态物理、材料光谱学和量子材料研究。研究太赫兹，本质上是在研究如何看见材料中那些能量很低、时间很快、空间上又可能高度不均匀的本征响应。 

从应用角度看，太赫兹兼具低光子能量、强材料敏感性和一定穿透能力。由于单光子能量只有毫电子伏特量级，太赫兹辐射属于非电离辐射，不像 X 射线那样会直接打断化学键；同时，它又能对自由载流子、极性声子、水合层、分子构象、缺陷、界面和低能集体模式高度敏感。因此，太赫兹技术在无损检测、安全成像、生物医学传感、半导体与二维材料表征、超导和关联材料研究、光电器件动力学分析以及未来 6G/高频通信中都具有重要潜力。它的独特价值在于：既可以“看见”材料内部和界面的低能响应，也可以在皮秒时间尺度上追踪载流子、激子、声子和相变过程的演化。 

我们课题组使用的核心平台是超快太赫兹散射型扫描近场光学显微镜（ultrafast THz s-SNOM, ultrafast terahertz scattering-type scanning near-field optical microscopy）。传统远场太赫兹光谱受波长限制，空间分辨率通常在几十到几百微米量级，测得的是光斑范围内的平均响应；而许多前沿材料，尤其是二维材料、莫尔体系、相变材料、异质结和纳米器件，其关键物理往往发生在纳米到微米尺度的局域区域。THz s-SNOM通过金属针尖将远场太赫兹波压缩到针尖附近的纳米局域近场中，从而突破远场衍射极限，在保持太赫兹对低能电动力学敏感性的同时，实现对局域电导、介电响应、极化激元、相变畴、边缘态和空间不均匀性的高分辨探测。简单地说，远场太赫兹告诉我们“样品平均上是什么响应”，而超快THz s-SNOM进一步告诉我们“这些响应在真实空间中来自哪里、如何分布、又如何在超快时间尺度上演化”。 

基于这一平台，我们将重点发展两类实验能力：太赫兹发射光谱和光泵浦–太赫兹探测。太赫兹发射实验关注材料在超快光激发后如何主动辐射太赫兹波，可用于研究瞬态光电流、表面与界面电场、自旋流、非线性光电效应、对称性破缺和超快电荷分离过程。光泵浦–太赫兹探测则先用飞秒激光将材料驱动到非平衡态，再用太赫兹脉冲读取其瞬态低频响应，从而追踪光生载流子、激子、层间电荷转移、迁移率变化、缺陷俘获、声子耦合、超导破坏与恢复以及关联相变动力学。二者结合，使我们能够从“材料如何产生太赫兹”与“材料如何响应太赫兹”两个方向，系统研究低维材料和量子材料中的超快过程、低能激发与局域电磁响应。