지난해, 중국과학원 허페이물리과학연구소 고자기장센터의 성즈가오 연구원 연구팀은 정상상태 고자기장 실험장치를 기반으로 하는 능동형 지능형 테라헤르츠 전기광학 변조기를 개발했습니다. 이 연구는 ACS Applied Materials & Interfaces에 게재되었습니다.
테라헤르츠 기술은 우수한 분광 특성과 폭넓은 응용 가능성을 지니고 있지만, 테라헤르츠 소재 및 부품 개발의 한계로 인해 실제 공학적 응용에는 여전히 심각한 제약이 있습니다. 특히 외부장을 이용한 테라헤르츠파의 능동적이고 지능적인 제어는 이 분야에서 중요한 연구 방향 중 하나입니다.
테라헤르츠 핵심 부품의 최첨단 연구 방향을 목표로, 연구팀은 2차원 물질인 그래핀 기반의 테라헤르츠 응력 변조기[Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)], 강하게 결합된 산화물 기반의 테라헤르츠 광대역 광제어 변조기[ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)], 그리고 포논 기반의 새로운 단일 주파수 자기 제어 테라헤르츠 소스[Advanced Science 9, 2103229(2021)]를 개발하였다. 이들 소자에서는 강하게 결합된 산화물인 이산화바나듐 박막을 기능층으로 선택하고, 다층 구조 설계 및 전자 제어 방식을 채택하여 테라헤르츠 투과, 반사 및 흡수의 다기능 능동 변조를 구현하였다(그림 a). 연구 결과는 투과율과 흡수율뿐만 아니라 반사율과 반사 위상 또한 전기장에 의해 능동적으로 조절될 수 있음을 보여줍니다. 반사율 변조 깊이는 99.9%에 달하고 반사 위상은 약 180°까지 변조될 수 있습니다(그림 b). 더욱 흥미로운 점은 지능형 테라헤르츠 전기 제어를 구현하기 위해 연구진이 "테라헤르츠-전기-테라헤르츠" 피드백 루프를 갖춘 장치를 설계했다는 것입니다(그림 c). 초기 조건 및 외부 환경 변화에 관계없이 이 스마트 장치는 약 30초 만에 설정된(예상) 테라헤르츠 변조 값에 자동으로 도달할 수 있습니다.
(a) 개략도전기광학 변조기VO2를 기준으로
(b) 인가 전류에 따른 투과율, 반사율, 흡수율 및 반사 위상의 변화
(c) 지능형 제어의 개략도
능동적이고 지능적인 테라헤르츠의 개발전기광학 변조기관련 전자 재료를 기반으로 한 이 연구는 테라헤르츠 지능형 제어 구현을 위한 새로운 아이디어를 제시합니다. 본 연구는 국가 핵심 연구 개발 프로그램, 국가 자연 과학 재단 및 안후이성 고자기장 연구소 지도 기금의 지원을 받았습니다.
게시 시간: 2023년 8월 8일