Terahercų (THz) technologija yra naudinga tokiose programose kaip biomedicininis vaizdavimas, telekomunikacijos ir pažangios jutimo sistemos. Tačiau dėl unikalaus elektromagnetinių bangų pobūdžio 0.1–10 terahercų diapazone buvo sunku sukurti didelio našumo komponentus, kurie parodytų tikrąjį terahercų technologijos potencialą. Netgi iš esmės bekomponentinių dalių, tokių kaip filtrai ir absorberiai, dizainas išlieka didžiuliu iššūkiu.
Laimei, metamedžiagų atsiradimas gali paskatinti naujoviškus šių problemų sprendimus. Dėl gamybos ir apdorojimo technologijų pažangos dabar galima pagaminti dvimates (2D) raštuotas mikrostruktūras, pasižyminčias unikaliomis elektromagnetinėmis savybėmis terahercų diapazone, leidžiančias beprecedentiškai valdyti signalus šiais dažniais.
Nors bangas sugeriančioms medžiagoms buvo pasiūlyta įvairių 2D metamedžiagų (arba „hiperpaviršių“), dauguma jų vis dar turi rimtų apribojimų. Dažna problema yra ta, kad nustačius ir pagaminus paviršių sugeriančios medžiagos struktūrinius režimus, jos elektromagnetinės savybės fiksuojamos.
Šis nesuderinamumas riboja galimą tokių įrenginių pritaikymą. Kita vertus, nors egzistuoja derinami metaliniai hiperpaviršiniai sugėrikliai, plonų metalo sluoksnių naudoti nerekomenduojama. Taip yra dėl keleto trūkumų, tokių kaip būtinų konstrukcijų gamybos sunkumai ir prastos savybės dėl metalams būdingų savybių.
Šiame kontekste dr. Wenhan Cao komanda iš Šanchajaus mokslo ir technologijų universiteto sukūrė naują anglies pagrindu suderinamą metapaviršiaus absorberį su itin plačiu derinamu terahercų diapazonu. Šis daktaro Wenhano Cao vadovaujamas tyrimas neseniai buvo paskelbtas „Advanced Photonics Nexus“.
"Absorberio šerdyje naudojamos grafeno ir grafito mikrostruktūros kaip rezonatoriai ir grafito sluoksniai kaip atgal atspindintys paviršiai." Dr. Wenhan Cao paaiškina: „Pasikartojantys subvienetai (arba „ląstelės“) šiame terahercinio paviršiaus sugėrikliu buvo strategiškai suprojektuoti taip, kad optimizuotų absorbcijos efektyvumą, remiantis keturiais pagrindiniais veiksniais: geometrija, medžiagos savybėmis, poliarizacijos jautrumu ir derinimo mechanizmu.
Geometrijos požiūriu absorberis susideda iš trijų plonų sluoksnių. Viršutinis sluoksnis yra raštuotas laidus sluoksnis, kuriame yra koncentriniai grafito žiedai, sujungti grafeno laidais; antrasis sluoksnis yra paprastas dielektrikas, padedantis išsklaidyti nepageidaujamas elektromagnetines bangas; o trečiasis sluoksnis yra sugeriantis sluoksnis, kuris neleidžia terahercinėms bangoms prasiskverbti tiesiai per prietaisą, taip padidindamas sugerties efektyvumą.
Medžiagos parinkimas ir geometrinis absorberio dizainas yra optimizuoti skaitine analize ir modeliavimu, o tai prisideda prie puikios absorbcijos terahercų diapazone. Pažymėtina, kad pagrindinė siūlomo absorberio savybė yra jo suderinamumas, kuris kyla dėl derinamų Fermi energijos lygių. Šis parametras yra labai svarbus medžiagų ir puslaidininkių technologijose, nes jis lemia elektronų pasiskirstymą skirtinguose energijos lygiuose.
Taikant įtampą grafeno sluoksniui, galima pakeisti jo Fermi energijos lygį ir taip lengvai sureguliuoti sugerties pralaidumą. Dr Wenhan Cao pabrėžė: „Esant 1 eV Fermi energijos lygiui, siūlomas absorberis gali pasiekti stulbinančiai platų 8,99 THz dažnių juostos plotį, užtikrinantį daugiau nei 90 % sugertį dažnių diapazone nuo 7,24 iki 16,23 THz su dviem skirtingomis rezonanso smailėmis. esant 8,35 THz ir 14,70 THz.
Kitas reikšmingas siūlomo dizaino pranašumas yra jo nejautrumas krintančios spinduliuotės poliarizacijos kampui. Koncentrinių apskritimų naudojimas absorberio ląstelėje natūraliai suteikia šią palankią savybę. Apskritimas, būdamas visiškai simetriškos formos, leidžia absorberiui išlaikyti aukštą sugerties greitį kritimo kampais iki 50 laipsnių.
Trumpai tariant, daugelis siūlomo dizaino privalumų kartu su paprastumu yra tikras proveržis terahercinėje technologijoje." Siūlomas absorberis siūlo itin ploną, paprastą bemetalę struktūrą su plačiu derinamu mažo storio absorbcijos pralaidumu, o tai labai Šie pranašumai pranoksta kitus praneštus absorberius.
Netolimoje ateityje teraherciniai įrenginiai taps kasdienių technologijų dalimi, ypač tokiose srityse kaip medicina ir ryšiai, taip pat labiau į mokslinius tyrimus orientuotose srityse, tokiose kaip medžiagų mokslas ir biologija.
