Strukturierter spintronischer Emitter ermöglicht die Raumtemperatur THz Polarisation Control für drahtlose und biomedizinische Anwendungen

Terahertz (THZ) Wellen befinden sich zwischen Mikrowellen und Infrarotlicht im elektromagnetischen Spektrum. Sie können viele Materialien durchlaufen, ohne Schäden zu verursachen, was sie für das Scannen von Sicherheitsabläufen, die medizinische Bildgebung und die drahtlose Hochgeschwindigkeitskommunikation nützlich machen. Im Gegensatz zu sichschlichen Licht- oder Funkwellen können THz -Wellen strukturelle Details von biologischen Molekülen aufzeigen und nichtmetallische Objekte wie Kleidung und Papier durchdringen.

Die Wellen sind vielversprechend, aber um sie effektiv zu nutzen, muss ihre Polarisation (die Richtung, in der die Wellen vibrieren) kontrolliert werden. Die Polarisationskontrolle ist entscheidend für die Optimierung der THZ -Anwendungen, von der Verbesserung der Datenübertragung bis zur Verbesserung der Bildgebung und Erfindung.

Leider beruhen bestehende THz -Polarisationssteuermethoden auf sperrige externe Komponenten wie Wellenplatten oder Metamaterialien. Diese Lösungen sind häufig ineffizient, begrenzt auf enge Frequenzbereiche und für kompakte Geräte ungeeignet. Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben Forscher Ansätze zur Kontrolle der THz -Polarisation direkt an der Quelle untersucht.

Wie berichtet In Fortgeschrittene PhotonikForscher der Beihang University, China, entwickelten kürzlich einen spintronischen THz -Emitter mit einem mikroskaligen Streifenmuster, das die Modulation der Chiralität während der Wellenerzeugung ermöglicht. Im Gegensatz zu herkömmlichen THZ -Quellen, die sich auf externe optische Komponenten verlassen, umfasst dieser Emitter die Polarisation direkt in sein Design, die Technologie und die Verbesserung seiner Fähigkeiten.

Der Emitter umfasst dünne Filmeschichten von Wolfram, Kobalt-Eisen-Boron und Platin. Wenn das Material ultraschnellen Laserimpulsen ausgesetzt ist, erzeugt es einen Spinstrom, der durch den inversen Spin Hall -Effekt in eine elektrische Ladung umgewandelt wird.

Das mikroskalige Streifenmuster des Imiters verändert die Ladungsverteilung und bildet ein eingebautes elektrisches Feld, das die Amplitude und Phase der emittierten THz-Wellen beeinflusst. Durch das Entwerfen verschiedener Streifenvereinbarungen erreichten die Forscher eine präzise Polarisationsabstimmung ohne externe optische Komponenten.

Das einfache Drehen des Emitters ermöglicht flexible und effiziente Umschaltung zwischen linearen, elliptischen und kreisförmigen Polarisationszuständen. Kritisch hält das Gerät eine hochwertige kreisförmige Polarisation mit einer Elliptizität von mehr als 0,85 über einen breiten Frequenzbereich von 0,74–1,66 THz, was seine Effizienz der Breitbandpolarisationskontrolle zeigt.

Um die Effektivität ihres gemusterten Emitters zu validieren, hat das Forschungsteam sieben verschiedene Designs mit jeweils ein einzigartigem Stripe -Seitenverhältnis hergestellt und getestet. Unter Verwendung der THZ-Zeit-Domänen-Spektroskopie haben sie den Einfluss verschiedener Muster auf die emittierte THz-Polarisation gemessen.

Die Ergebnisse bestätigten, dass größere Stripe-Aspektverhältnisse zu stärkeren integrierten elektrischen Feldern führten, was zu einer höheren Kontrolle über die Polarisation führte. Die Emitterkonfigurationen mit großem Seitenverhältnis erzeugten erfolgreich THz-Wellen mit einstellbarer Polarisation und durch Anpassen der Azimutwinkel des Streifenmusters erreichten die Forscher eine präzise Umstellung zwischen links- und rechtshändiger kreisförmiger Polarisation. Diese Ebene der integrierten Kontrolle innerhalb eines einzelnen Geräts stellt einen erheblichen Fortschritt gegenüber herkömmlichen THZ -Quellen dar.

Diese Innovation verspricht, Felder von der drahtlosen Kommunikation zu revolutionieren, wo sie die Datenübertragungsraten durch Polarisationsmultiplexe bis hin zur biomedizinischen Bildgebung verdoppeln kann, wobei eine frühere Diagnose der Krankheiten durch genauere Biomoleküle -Detektion ermöglichen kann. Darüber hinaus könnte die durch diese Technologie gewährte verstärkte Messempfindlichkeit zu Durchbrüchen in der grundlegenden Forschung in Bereichen wie Quantenoptik und Präzisionserfassung führen.

Das kompakte und effiziente Design dieses spintronischen Emitters eignet sich ideal für die On-Chip-Integration, ein entscheidender Schritt zur Realisierung skalierbarer und kostengünstiger THZ-Geräte für reale Anwendungen. Zukünftige Forschungen werden sich darauf konzentrieren, die frequenzselektive Kontrolle des Emitters zu verfeinern und weitere Möglichkeiten für fortschrittliche photonische und drahtlose Systeme zu eröffnen.

Dieser Durchbruch stellt einen signifikanten Sprung nach vorne für die THZ -Technologie dar und bringt das transformative Potenzial dieser nicht genutzten Region des elektromagnetischen Spektrums näher an die Realität.