El año pasado, el equipo de Sheng Zhigao, investigador del Centro de Altos Campos Magnéticos del Instituto de Ciencias Físicas de Hefei, perteneciente a la Academia China de Ciencias, desarrolló un modulador electroóptico de terahercios activo e inteligente basado en un dispositivo experimental de alto campo magnético en estado estacionario. La investigación se publicó en ACS Applied Materials & Interfaces.
Si bien la tecnología de terahercios posee características espectrales superiores y amplias perspectivas de aplicación, su aplicación en ingeniería aún se ve seriamente limitada por el desarrollo de materiales y componentes para esta tecnología. En este contexto, el control activo e inteligente de ondas de terahercios mediante campos externos constituye una importante línea de investigación.
Con el objetivo de impulsar la investigación de componentes centrales de terahercios, el equipo de investigación ha desarrollado un modulador de estrés de terahercios basado en el material bidimensional grafeno [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)], un modulador fotocontrolado de banda ancha de terahercios basado en óxido fuertemente asociado [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)] y una nueva fuente de terahercios de frecuencia única controlada magnéticamente basada en fonones [Advanced Science 9, 2103229(2021)]. Se ha seleccionado la película de óxido de electrones asociado, dióxido de vanadio, como capa funcional, adoptando un diseño de estructura multicapa y un método de control electrónico. Se ha logrado la modulación activa multifuncional de la transmisión, reflexión y absorción de terahercios (Figura a). Los resultados muestran que, además de la transmitancia y la absortividad, la reflectividad y la fase de reflexión también pueden regularse activamente mediante el campo eléctrico, alcanzando una profundidad de modulación de la reflectividad del 99,9 % y una modulación de la fase de reflexión de aproximadamente 180° (Figura b). Aún más interesante, para lograr un control eléctrico inteligente en el rango de los terahercios, los investigadores diseñaron un dispositivo con un novedoso bucle de retroalimentación «terahercio-eléctrico-terahercio» (Figura c). Independientemente de las variaciones en las condiciones iniciales y el entorno externo, el dispositivo inteligente alcanza automáticamente el valor de modulación de terahercios preestablecido en aproximadamente 30 segundos.
(a) Diagrama esquemático de unmodulador electroópticobasado en VO2
b) Cambios en la transmitancia, reflectividad, absortividad y fase de reflexión con la corriente aplicada.
(c) Diagrama esquemático del control inteligente
El desarrollo de un terahercio activo e inteligentemodulador electroópticoEste trabajo, basado en materiales electrónicos asociados, ofrece una nueva perspectiva para la implementación del control inteligente en el rango de los terahercios. Fue financiado por el Programa Nacional Clave de Investigación y Desarrollo, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales y el Fondo Directivo del Laboratorio de Altos Campos Magnéticos de la Provincia de Anhui.
Fecha de publicación: 8 de agosto de 2023