Elektromanyetik spektrumun Terahertz (THz) bandı, yüksek hızlı kablosuz iletişim, gelişmiş şifreleme ve tıbbi görüntüleme dahil olmak üzere yeni nesil teknolojiler için muazzam bir vaat tutar. Bununla birlikte, THz dalgalarının manipüle edilmesi uzun zamandır teknik bir zorluk olmuştur, çünkü bu frekanslar çoğu doğal malzemeyle zayıf bir şekilde etkileşime girer.
Son yirmi yılda, araştırmacılar bu sorunla başa çıkmak için giderek daha fazla metasurflara döndüler. Bunlar, THz dalgaları üzerinde benzeri görülmemiş bir kontrol sağlayarak özel özellikler sergilemek için dikkatlice tasarlanmış ultra ince malzemelerdir.
İdeal olarak, şifreleme ve holografideki THz uygulamaları için metasurfaces, harici olarak kontrol edilebilen ayarlanabilir bir tepki içeren kolayca yapılandırılabilir olmalıdır. Buna rağmen, ayarlanabilir metasurface sistemleri genellikle harici termal kontrol gibi hantal veya enerji yetersiz yöntemlere dayanır.
Ayrıca, metasurfaslarda yer alan holografik bilgiler tipik olarak gerçek gerçek zamanlı çalışmayı engelleyen yavaş yakın alan tarama sistemleri kullanılarak yakalanır. Bu sınırlamalar, dinamik ekranlar ve geri dönüşümlü şifreleme için pratik THz holografik cihazlar geliştirmeyi zorlaştırmıştır.
Bu arka plana karşı, Şangay Üniversitesi’nden Bilim ve Teknoloji Üniversitesi ve Hong Kong Şehir Üniversitesi’nden Dr. Lin Chen ve Prof. Dangyuan Lei de dahil olmak üzere bir araştırma ekibi, THz holografik cihazlar için elektriksel olarak ayarlanabilir yeni bir metasurface geliştirdi.
Çalışmaları, yayınlandı Gelişmiş fotonikvanadyum dioksitin benzersiz özelliklerinden yararlanarak yenilikçi bir tasarım kullandı (Vo2) enerji tüketimini ve yanıt süresini en aza indirecek şekilde.
Çoğu geçiş metal oksitinin aksine, vo2 68 ° C’lik düşük bir sıcaklıkta izolatörden metalden geri dönüşümlü bir geçiş sergiler. Bu geçiş, malzemenin “şeffaflığını” THz dalgalarına dinamik olarak modüle etmeyi mümkün kılar.
Bunu başarmak için araştırmacılar, merdivenin küpeşalarının altın teller yürüttüğü ve merdiven basamaklarının küçük vo içerdiği bir mikrolad tasarımı kullandılar.2 boşluklar.
Belirli bir merdiven ünitesinin kablolarından harici bir akım çalıştırıldığında, dirençli ısıtmanın neden olduğu yerel sıcaklık değişiklikleri, VO’da hızlı bir izolatörden metal geçişe neden olur2merdiven ünitesinin THz tepkisini modüle etmek için hızlı, enerji tasarruflu bir yol sağlar.
Mikolad metasurfacelerinin tasarımını ve ayarlanabilirliğini deneysel olarak doğruladıktan sonra, araştırmacılar holografi ve şifrelemede kullanımını gösterdiler.
Dinamik piksellerin bir kombinasyonunu kullanarak (Vo ile2) ve statik pikseller (vo olmadan2), bir karakterin metasurface içine nasıl holografik olarak kodlanabileceğini gösterdiler.
Kodlanmış karakteri okumanın tek yolu, gerekli akımı metasurface’ye uygularken, aynı zamanda THz dalgalarını nasıl ilettiğini gözlemlemektir. Bu THz görüntülerini yüksek hızda okumak için, araştırmacılar bir THz odak düzlemi görüntüleme sistemi kullandılar.
Araştırma ekibi, dayanıklılığı ve tekrarlanabilirliği açısından metazür yüzeylerinin sağlamlığını vurguladı. Görüntü kalitesi düzinelerce çalışma saatinden sonra sabit kaldı ve performans, görüntüleme kurulumu içindeki mesafedeki küçük değişikliklerden büyük ölçüde etkilenmedi.
Hız da anahtar bir güçtü. Chen, “Mikroadder metasurface’mizle, holografik görüntüleri değiştirmenin dinamik tepki süresi deneyde yaklaşık 4,5 saniye-ve tüm dinamik piksel konfigürasyonları için, daha da hızlı, bazen iki saniye kadar düşük” diye açıkladı.
“Bu hız ve sağlamlık seviyesi, gerçek zamanlı optik şifreleme, anticounterfeing ve yeni nesil kablosuz iletişim gibi pratik, yeni nesil uygulamaların kapısını açar.”
Termodinamik analiz, önerilen metasurface’nin aşamayı üç saniyeden daha kısa bir sürede tam olarak değiştirebileceğini ve deneysel anahtarlama sürelerinin bu hızlı performansa uygun olduğunu ortaya koydu.
Genel olarak, bu çalışma ayarlanabilir Terahertz (THz) metasurflarının gelişimini ilerletebilecek değerli tasarım bilgileri sunmaktadır. Bir THz odak düzlemi görüntüleme sistemi ile eşleştirilen mikrolad yapısı, çeşitli avantajlar sağlar: elektronik sistemlerle kolayca entegre olur, çok az güç (yaklaşık 0,8 watt) tüketir, aktif modülasyonu destekler ve gerçek zamanlı çalışmayı sağlar.
Buna ek olarak, Hong Kong Şehir Üniversitesi ve Creator Electronic Limited ekibi, elektrikle kontrol edilen THz teknolojileri konusunda araştırma ve geliştirmeye devam etmeyi planlıyor.
Gelecekteki çalışmalar, termal performansın iyileştirilmesine ve bireysel piksel düzeyinde kontrolü sağlamaya odaklanacaktır – ayarlanabilir THz metasurflarının tam potansiyelinin kilidini açmaya yönelik anahtar adımlar.
