El nuevo absorbente de metasuperficie sintonizable a base de carbono allana el camino para la tecnología avanzada de terahercios

El nuevo absorbente de metasuperficie sintonizable a base de carbono allana el camino para la tecnología avanzada de terahercios

El diseño innovador marca un avance revolucionario en la tecnología de terahercios

Gracias a su estructura altamente simétrica, combinada con parámetros geométricos optimizados y selección de materiales, el absorbente sintonizable de terahercios basado en carbono propuesto podría conducir a avances sustanciales y nuevas aplicaciones en la tecnología THz. Crédito: Nie, He y Cao, doi 10.1117/1.APN.3.1.016007.

Trabajar en el rango de terahercios (THz) brinda oportunidades únicas en diversas aplicaciones, incluidas imágenes biomédicas, telecomunicaciones y sistemas de detección avanzados. Sin embargo, debido a las propiedades únicas de las ondas electromagnéticas en el rango de 0,1 a 10 THz, ha resultado difícil desarrollar componentes de alto rendimiento que muestren el verdadero potencial de la tecnología THz. Incluso el diseño de elementos básicos y esenciales como filtros y absorbentes sigue siendo un desafío importante.

Afortunadamente, el auge de los metamateriales podría conducir a formas innovadoras de resolver estos problemas. Gracias a los avances en las tecnologías de fabricación y procesamiento, ahora es posible crear microestructuras con patrones bidimensionales (2D) con propiedades electromagnéticas únicas en el rango de THz, lo que proporciona un control sin precedentes sobre las señales en estas frecuencias.

Aunque se han propuesto varios absorbentes de metamateriales (o “metasuperficies”) 2D, la mayoría de ellos todavía adolecen de serias limitaciones. Un problema común es que una vez que se determina y fabrica el modelo estructural de un absorbente de metasuperficie, su rendimiento electromagnético se vuelve fijo. Esta falta de ajuste limita las posibles aplicaciones de este tipo de dispositivos.

Por otro lado, aunque existen absorbentes de metasuperficie a base de metal sintonizables, se desaconseja el uso de capas metálicas delgadas. Esto se debe a varias desventajas, como la dificultad para fabricar las estructuras necesarias y el bajo rendimiento provocado por las características inherentes de los metales.

En este contexto, un equipo de investigación chino ha desarrollado un nuevo absorbente de metasuperficie sintonizable a base de carbono con un ancho de banda ultra amplio y sintonizable en el rango de THz. Su estudio, dirigido por el Dr. Wenhan Cao de la Universidad ShanghaiTech, fue publicado en Nexo de fotónica avanzada.

El absorbente propuesto se centra en el uso de microestructuras de grafeno y grafito como resonadores y una capa de grafito como superficie retrorreflectante. “La subunidad repetitiva, o” celda unitaria “, en este absorbente de metasuperficie de THz ha sido diseñada estratégicamente para optimizar la eficiencia de la absorción en función de cuatro factores: geometría, propiedades del material, sensibilidad de polarización y mecanismos de ajuste”, explica Cao.

Geométricamente, el absorbente se compone de tres finas capas. La capa superior es una capa conductora estampada que contiene una disposición de anillos concéntricos de grafito interconectados por cables de grafeno, mientras que la segunda es un dieléctrico simple que ayuda a disipar ondas electromagnéticas no deseadas. Finalmente, la tercera capa es una capa de absorción que evita que las ondas THz se transmitan a través del dispositivo, maximizando así la eficiencia de absorción.

La selección de materiales y el diseño geométrico del absorbente, optimizados mediante análisis numéricos y simulaciones, contribuyen a su notable absorción en el rango de THz. En particular, una característica clave del absorbente propuesto es su capacidad de sintonización, que surge de un nivel de Fermi ajustable. Este parámetro es esencial en la tecnología de materiales y semiconductores porque determina la distribución de electrones en diferentes niveles de energía.

Al aplicar voltaje a la capa de grafeno, es posible cambiar su nivel de Fermi, lo que facilita el ajuste del ancho de banda de absorción.

“A un nivel de Fermi de 1 eV, el absorbente propuesto puede alcanzar un ancho de banda increíblemente amplio de 8,99 THz, proporcionando más del 90% de absorción en el rango de frecuencia de 7,24 a 16,23 THz, con dos picos de resonancia distintos a 8,35 THz y 14,70 THz”. » añadió Cao.

Otra ventaja notable del diseño propuesto es su notable insensibilidad al ángulo de polarización de la radiación incidente. Esta propiedad favorable surge naturalmente del uso de anillos concéntricos en la celda unitaria absorbente. El círculo, como forma perfectamente simétrica, permite que el absorbente mantenga una alta tasa de absorción en ángulos de incidencia de hasta 50°.

En general, las numerosas ventajas del diseño propuesto, combinadas con su elegante simplicidad, representan un verdadero avance en la tecnología THz.

“El absorbente propuesto proporciona una estructura ultrafina y simple sin metal con un ancho de banda de absorción amplio y ajustable con un espesor bajo, lo que mejora significativamente su aplicabilidad. Estas ventajas van más allá de las de otros absorbentes reportados”, dijo Cao.

Pronto, los dispositivos THz podrían convertirse en parte de la tecnología cotidiana, especialmente en campos como la medicina y las comunicaciones, así como en campos más orientados a la investigación como la ciencia de los materiales y la biología.

Más información:
Aiqiang Nie et al, Absorbedor de metasuperficie de terahercios sintonizable de banda ultra ancha a base de carbono, Nexo de fotónica avanzada (2024). DOI: 10.1117/1.APN.3.1.016007

Cita: El nuevo absorbente de metasuperficie sintonizable a base de carbono allana el camino para la tecnología avanzada de terahercios (19 de enero de 2024) recuperado el 21 de enero de 2024 de https://phys.org/news/2024-01-carbon-based-tunable-metasurface-absorb . HTML

Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte del uso legítimo para fines de investigación o estudio privado, no se puede reproducir ninguna parte sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente a título informativo.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *