Viime vuonna Kiinan tiedeakatemian Hefein fysikaalisten tieteiden instituutin korkean magneettikentän keskuksen tutkijan Sheng Zhigaon tiimi kehitti aktiivisen ja älykkään terahertsin sähköoptisen modulaattorin, joka perustuu vakaan tilan korkean magneettikentän kokeelliseen laitteeseen. Tutkimus on julkaistu ACS Applied Materials & Interfaces -lehdessä.
Vaikka terahertsitekniikalla on erinomaiset spektriominaisuudet ja laajat sovellusmahdollisuudet, sen teknisiä sovelluksia rajoittaa edelleen merkittävästi terahertsimateriaalien ja terahertsikomponenttien kehitys. Näistä terahertsiaallon aktiivinen ja älykäs hallinta ulkoisen kentän avulla on tärkeä tutkimussuunta tällä alalla.
Tutkimusryhmä on kehittänyt terahertsijännitysmodulaattorin, joka perustuu kaksiulotteiseen grafeenimateriaaliin [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)], terahertsipohjaisen laajakaistaisen fotokontrolloidun modulaattorin, joka perustuu vahvasti assosioituneeseen oksidiin [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)], ja fononipohjaisen uuden yksitaajuisen magneettisesti ohjatun terahertsilähteen [Advanced Science 9, 2103229(2021)]. Toiminnalliseksi kerrokseksi on valittu vanadiinidioksidikalvo, ja käytössä on monikerroksinen rakennesuunnittelu ja elektroninen ohjausmenetelmä. Saavutetaan terahertsiläpäisyn, heijastuksen ja absorption monitoiminnallinen aktiivinen modulointi (kuva a). Tulokset osoittavat, että läpäisyn ja absorptiokyvyn lisäksi heijastavuutta ja heijastusvaihetta voidaan aktiivisesti säädellä sähkökentän avulla, jossa heijastavuuden modulaatiosyvyys voi nousta 99,9 prosenttiin ja heijastusvaiheen modulaatio voi olla noin 180 astetta (kuva b). Vielä mielenkiintoisempaa on, että älykkään terahertsitaajuisen sähköisen ohjauksen saavuttamiseksi tutkijat suunnittelivat laitteen, jossa on uudenlainen "terahertsi - sähköinen-terahertsi" -takaisinkytkentäsilmukka (kuva c). Käynnistysolosuhteiden ja ulkoisen ympäristön muutoksista riippumatta älykäs laite voi automaattisesti saavuttaa asetetun (odotetun) terahertsimodulaatioarvon noin 30 sekunnissa.
(a) Kaaviokuvasähköoptinen modulaattoriperustuu VO2:een
(b) läpäisyn, heijastavuuden, absorptiokyvyn ja heijastusvaiheen muutokset vaikuttavan virran vaikutuksesta
(c) älykkään ohjauksen kytkentäkaavio
Aktiivisen ja älykkään terahertsin kehittäminensähköoptinen modulaattoriLiittyviin elektronisiin materiaaleihin perustuva tutkimus tarjoaa uuden idean terahertsitaajuisen älykkään ohjauksen toteuttamiseksi. Tätä työtä tukivat National Key Research and Development Program, National Natural Science Foundation ja Anhuin maakunnan High Magnetic Field Laboratory Direction Fund.
Julkaisun aika: 08.08.2023