No ano passado, a equipe de Sheng Zhigao, pesquisador do Centro de Alto Campo Magnético do Instituto de Ciências Físicas de Hefei, Academia Chinesa de Ciências, desenvolveu um modulador eletro-óptico de terahertz ativo e inteligente, baseado em um dispositivo experimental de alto campo magnético em estado estacionário. A pesquisa foi publicada na revista ACS Applied Materials & Interfaces.
Embora a tecnologia de terahertz possua características espectrais superiores e amplas perspectivas de aplicação, sua aplicação em engenharia ainda é seriamente limitada pelo desenvolvimento de materiais e componentes de terahertz. Dentre eles, o controle ativo e inteligente de ondas de terahertz por meio de campos externos é uma importante linha de pesquisa nessa área.
Visando a pesquisa de ponta em componentes essenciais de terahertz, a equipe de pesquisa inventou um modulador de tensão de terahertz baseado no material bidimensional grafeno [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)], um modulador fotocontrolado de banda larga de terahertz baseado no óxido fortemente associado [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)] e uma nova fonte de terahertz de frequência única controlada magneticamente baseada em fônons [Advanced Science 9, 2103229(2021)]. O filme de dióxido de vanádio, um óxido de elétrons associado, foi selecionado como camada funcional, e um projeto de estrutura multicamadas e um método de controle eletrônico foram adotados. A modulação ativa multifuncional da transmissão, reflexão e absorção de terahertz foi alcançada (Figura a). Os resultados mostram que, além da transmitância e da absortividade, a refletividade e a fase de reflexão também podem ser reguladas ativamente pelo campo elétrico, em que a profundidade de modulação da refletividade pode atingir 99,9% e a fase de reflexão pode atingir uma modulação de aproximadamente 180° (Figura b). Mais interessante ainda, para alcançar o controle elétrico inteligente em terahertz, os pesquisadores projetaram um dispositivo com um novo circuito de realimentação “terahertz – elétrico-terahertz” (Figura c). Independentemente das mudanças nas condições iniciais e no ambiente externo, o dispositivo inteligente pode atingir automaticamente o valor de modulação em terahertz definido (esperado) em cerca de 30 segundos.
(a) Diagrama esquemático de ummodulador eletro-ópticocom base no VO2
(b) alterações de transmitância, refletividade, absortividade e fase de reflexão com a corrente aplicada
(c) diagrama esquemático do controle inteligente
O desenvolvimento de um terahertz ativo e inteligentemodulador eletro-ópticoA pesquisa baseada em materiais eletrônicos associados oferece uma nova perspectiva para a implementação do controle inteligente em terahertz. Este trabalho foi financiado pelo Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento, pela Fundação Nacional de Ciências Naturais e pelo Fundo de Direção do Laboratório de Alto Campo Magnético da Província de Anhui.
Data da publicação: 08/08/2023