Im vergangenen Jahr entwickelte das Team um Sheng Zhigao, Forscher am Zentrum für Hochmagnetfelder des Hefei-Instituts für Physikalische Wissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, einen aktiven und intelligenten elektrooptischen Terahertz-Modulator, der auf einer experimentellen Vorrichtung zur Erzeugung stationärer Hochmagnetfelder basiert. Die Forschungsergebnisse wurden in ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.
Obwohl die Terahertz-Technologie über hervorragende spektrale Eigenschaften und ein breites Anwendungsspektrum verfügt, ist ihre technische Anwendung durch die Entwicklung von Terahertz-Materialien und -Komponenten nach wie vor stark eingeschränkt. Die aktive und intelligente Steuerung von Terahertz-Wellen durch externe Felder stellt dabei einen wichtigen Forschungsschwerpunkt dar.
Mit Blick auf die Spitzenforschung im Bereich der Terahertz-Kernkomponenten hat das Forschungsteam einen Terahertz-Spannungsmodulator auf Basis des zweidimensionalen Materials Graphen [Adv. Optical Mater. 6, 1700877 (2018)], einen breitbandigen, fotogesteuerten Terahertz-Modulator auf Basis des stark assoziierten Oxids [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811 (2020)] sowie eine neue, phononenbasierte, magnetisch gesteuerte Einzelfrequenz-Terahertz-Quelle [Advanced Science 9, 2103229 (2021)] entwickelt. Als Funktionsschicht wurde Vanadiumdioxid-Film mit assoziierten Elektronen als Oxid gewählt. Es wurden ein mehrschichtiges Strukturdesign und eine elektronische Steuerungsmethode angewendet. Dadurch wird eine multifunktionale aktive Modulation von Terahertz-Transmission, -Reflexion und -Absorption erreicht (Abbildung a). Die Ergebnisse zeigen, dass neben Transmissionsgrad und Absorptionsgrad auch Reflexionsgrad und Reflexionsphase aktiv durch das elektrische Feld gesteuert werden können. Dabei erreicht der Reflexionsgrad eine Modulationsrate von bis zu 99,9 % und die Reflexionsphase eine Modulation von ca. 180° (Abbildung b). Um eine intelligente elektrische Terahertz-Steuerung zu realisieren, entwickelten die Forscher ein Gerät mit einer neuartigen „Terahertz-Elektrisch-Terahertz“-Rückkopplungsschleife (Abbildung c). Unabhängig von Änderungen der Startbedingungen und der Umgebung erreicht das intelligente Gerät den eingestellten (erwarteten) Terahertz-Modulationswert innerhalb von etwa 30 Sekunden.
(a) Schematische Darstellung eineselektrooptischer Modulatorbasierend auf VO2
b) Änderungen der Transmission, des Reflexionsvermögens, des Absorptionsvermögens und der Reflexionsphase bei eingeprägtem Strom
(c) Schematische Darstellung der intelligenten Steuerung
Die Entwicklung eines aktiven und intelligenten Terahertzelektrooptischer ModulatorAuf Basis verwandter elektronischer Materialien bietet sich ein neuer Ansatz zur Realisierung intelligenter Terahertz-Steuerung. Diese Arbeit wurde gefördert durch das Nationale Schlüsselprogramm für Forschung und Entwicklung, die Nationale Naturwissenschaftliche Stiftung und den Forschungsfonds für Hochmagnetfeldlabore der Provinz Anhui.
Veröffentlichungsdatum: 08.08.2023