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 la revista ACS Applied Materials & Interfaces.
Si bien la tecnología de terahercios posee características espectrales superiores y amplias perspectivas de aplicación, su uso en ingeniería aún se ve seriamente limitado por el desarrollo de materiales y componentes de terahercios. En este contexto, el control activo e inteligente de las ondas de terahercios mediante un campo externo constituye una importante línea de investigación.
Con el objetivo de alcanzar la vanguardia en la investigación de componentes centrales de terahercios, el equipo de investigación ha inventado un modulador de tensión de terahercios basado en el material bidimensional grafeno [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)], un modulador fotocontrolado de banda ancha de terahercios basado en el óxido fuertemente asociado [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)] y una nueva fuente de terahercios controlada magnéticamente de frecuencia única basada en fonones [Advanced Science 9, 2103229(2021)]. Se selecciona la película de dióxido de vanadio, un óxido de electrones asociado, como capa funcional, y se adopta un diseño de estructura multicapa y un método de control electrónico. Se logra una 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). Más interesante aún, para lograr un control eléctrico inteligente de terahercios, los investigadores diseñaron un dispositivo con un novedoso bucle de retroalimentación “terahercios-eléctrico-terahercios” (Figura c). Independientemente de las variaciones en las condiciones iniciales y el entorno externo, el dispositivo inteligente puede alcanzar automáticamente el valor de modulación de terahercios establecido (esperado) en unos 30 segundos.
(a) Diagrama esquemático de unmodulador electroópticobasado en VO2
b) cambios de transmitancia, reflectividad, absortividad y fase de reflexión con corriente aplicada
(c) Diagrama esquemático del control inteligente
El desarrollo de un sistema de terahercios activo e inteligentemodulador electroópticoBasándose en materiales electrónicos asociados, se propone una nueva idea para la realización del control inteligente en el rango de terahercios. Este trabajo fue financiado por el Programa Nacional Clave de Investigación y Desarrollo, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales y el Fondo de Dirección del Laboratorio de Altos Campos Magnéticos de la provincia de Anhui.
Fecha de publicación: 8 de agosto de 2023