Im vergangenen Jahr entwickelte das Team von Sheng Zhigao, einem Forscher am Zentrum für Hochmagnetfelder des Hefei Institute of Physical Sciences der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, einen aktiven und intelligenten elektrooptischen Terahertz-Modulator, der auf einem experimentellen Gerät mit stationären Hochmagnetfeldern basiert. Die Forschungsergebnisse wurden in ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.
Obwohl die Terahertz-Technologie über hervorragende spektrale Eigenschaften und breite Anwendungsaussichten verfügt, wird ihre technische Anwendung durch die Entwicklung von Terahertz-Materialien und Terahertz-Komponenten noch stark eingeschränkt. Die aktive und intelligente Steuerung von Terahertz-Wellen durch externe Felder ist eine wichtige Forschungsrichtung in diesem Bereich.
Mit dem Ziel, modernste Forschung im Bereich Terahertz-Kernkomponenten zu betreiben, hat das Forschungsteam einen Terahertz-Spannungsmodulator auf Basis des zweidimensionalen Materials Graphen [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)], einen Terahertz-Breitband-Photomodulationsmodulator auf Basis des stark assoziierten Oxids [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)] und eine neue, phononenbasierte, einfrequente, magnetisch gesteuerte Terahertz-Quelle [Advanced Science 9, 2103229(2021)] entwickelt. Als Funktionsschicht wurde der assoziierte Elektronenoxid-Vanadiumdioxidfilm gewählt, und es wurden ein mehrschichtiges Strukturdesign und eine elektronische Steuerungsmethode übernommen. Dadurch wird eine multifunktionale aktive Modulation der Terahertz-Transmission, -Reflexion und -Absorption erreicht (Abbildung a). Die Ergebnisse zeigen, dass neben Transmission und Absorption auch Reflektivität und Reflexionsphase aktiv durch das elektrische Feld reguliert werden können. Die Modulationstiefe der Reflektivität kann 99,9 % und die der Reflexionsphase eine Modulation von ca. 180° erreichen (Abbildung b). Um eine intelligente elektrische Terahertz-Steuerung zu erreichen, entwickelten die Forscher ein Gerät mit einer neuartigen „Terahertz-Elektro-Terahertz“-Rückkopplungsschleife (Abbildung c). Unabhängig von Änderungen der Ausgangsbedingungen und der äußeren Umgebung kann das intelligente Gerät den eingestellten (erwarteten) Terahertz-Modulationswert automatisch in etwa 30 Sekunden erreichen.
(a) Schematische Darstellung eineselektrooptischer Modulatorbasierend auf VO2
(b) Änderungen der Transmission, Reflektivität, Absorption und Reflexionsphase mit eingeprägtem Strom
(c) Schematische Darstellung der intelligenten Steuerung
Die Entwicklung eines aktiven und intelligenten Terahertzelektrooptischer Modulatorbasierend auf zugehörigen elektronischen Materialien bietet eine neue Idee für die Realisierung intelligenter Terahertz-Steuerung. Diese Arbeit wurde vom National Key Research and Development Program, der National Natural Science Foundation und dem High Magnetic Field Laboratory Direction Fund der Provinz Anhui gefördert.
Beitragszeit: 08.08.2023