Lo scorso anno, il team di Sheng Zhigao, ricercatore presso l'High Magnetic Field Center dell'Istituto di Scienze Fisiche di Hefei, Accademia Cinese delle Scienze, ha sviluppato un modulatore elettro-ottico a terahertz attivo e intelligente, basato su un dispositivo sperimentale a campo magnetico elevato in regime stazionario. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista ACS Applied Materials & Interfaces.
Sebbene la tecnologia a terahertz possieda caratteristiche spettrali superiori e ampie prospettive di applicazione, la sua implementazione ingegneristica è ancora seriamente limitata dallo sviluppo di materiali e componenti a terahertz. Tra questi, il controllo attivo e intelligente delle onde terahertz tramite campi esterni rappresenta un'importante direzione di ricerca in questo settore.
Con l'obiettivo di raggiungere la direzione di ricerca all'avanguardia dei componenti principali dei terahertz, il team di ricerca ha inventato un modulatore di stress terahertz basato sul materiale bidimensionale grafene [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)], un modulatore fotocontrollato a banda larga terahertz basato sull'ossido fortemente associato [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)] e una nuova sorgente terahertz a frequenza singola controllata magneticamente basata sui fononi [Advanced Science 9, 2103229(2021)], il film di diossido di vanadio con ossido di elettroni associati è selezionato come strato funzionale, sono adottati la progettazione della struttura multistrato e il metodo di controllo elettronico. Si ottiene la modulazione attiva multifunzionale della trasmissione, riflessione e assorbimento dei terahertz (Figura a). I risultati mostrano che, oltre alla trasmittanza e all'assorbività, anche la riflettività e la fase di riflessione possono essere regolate attivamente dal campo elettrico, con una profondità di modulazione della riflettività che può raggiungere il 99,9% e una modulazione della fase di riflessione di circa 180° (Figura b). Ancora più interessante, per ottenere un controllo elettrico intelligente dei terahertz, i ricercatori hanno progettato un dispositivo con un innovativo circuito di feedback "terahertz - elettrico-terahertz" (Figura c). Indipendentemente dalle variazioni delle condizioni iniziali e dell'ambiente esterno, il dispositivo intelligente può raggiungere automaticamente il valore di modulazione dei terahertz impostato (previsto) in circa 30 secondi.
(a) Diagramma schematico di unmodulatore elettro-otticobasato sul VO2
(b) variazioni di trasmittanza, riflettività, assorbività e fase di riflessione con corrente impressa
(c) schema di controllo intelligente
Lo sviluppo di un terahertz attivo e intelligentemodulatore elettro-otticoBasato su materiali elettronici associati, questo lavoro offre una nuova idea per la realizzazione di un controllo intelligente nella banda dei terahertz. Tale lavoro è stato finanziato dal Programma Nazionale di Ricerca e Sviluppo, dalla Fondazione Nazionale di Scienze Naturali e dal Fondo per la Direzione del Laboratorio di Campi Magnetici Elevati della Provincia di Anhui.
Data di pubblicazione: 8 agosto 2023