Thz-Gapi Sulgemine Grapheinil Põhinevate Seadmetega

{h1}

Teraherts-lainete manipuleerimise efektiivsete, kulutõhusate, grafeenipõhiste materjalide ja seadmete hiljutised arengud on avanud uued täiustatud rakendused pildistamisel ja kommunikatsioonil.

See stseenide pealkiri esitati WordsSideKick.com'ile koos riikliku teadusfondiga.

Me mõtleme harva, aga elektromagnetlained on meie igapäevaelu lahutamatu osa. Igal päeval kasutame mobiiltelefoni, telereid, raadioid ja mikrolaineahju, et manipuleerida, genereerida ja tuvastada elektromagnetlaineid teabe või energia edastamise eesmärgil. Isegi meie enda kehad suhtlevad nende lainetega, kui meie silmad tuvastavad ja töötlevad nähtavat valgust.

Kuigi kõik elektromagnetlained liiguvad valguse kiirusel või ligikaudu 186 282 miili sekundis, määrab laine pikkus ja sagedus selle lõpliku kasutamise. Kõige pikemad lained, mida nimetatakse ka raadiolaineteks, võivad liikuda kaugele, muutes need ideaalseks andmete edastamiseks teleritele, raadiotele ja mobiiltelefonidele. Järgmine spektriala on mikrolained. Need väiksemad lained sisaldavad infot satelliitide ja ilmastiku radaride kohta ning annavad energiat ka mikrolaineahjude kaudu. Ülejäänud elektromagnetilise spektri moodustavad teraherts, infrapuna-, nähtav ja ultraviolettkiirgus, samuti röntgenkiirgus ja gammakiirgus. Nagu raadio ja mikrolainete puhul, uuritakse neid piirkondi uute seadmete rakenduste jaoks ja neid uuritakse pidevalt.

Alles hiljuti oli THz-i sagedusala - kaugel infrapuna- ja kõrgsageduslike mikrolainete baasil - üks elektromagnetilise spektri kõige vähem kasutatavatest piirkondadest. Tänu sellele, et THz-lained on suutelised kandma rohkem teavet kui naaberraadio- ja mikrolainete sagedused, on tervishoiuteenuste sõeluuringute, keemilise tuvastamise, objektide detekteerimise ja kiire traadita side abil rakendused suuresti potentsiaalsed. Kuid enamus THz-i allikatest ja seadmetest, mida täna kasutatakse, on suured ja kallid, mis piirab nende rakendamist ja kättesaadavust. Odavad, kompaktsed ja tõhusad THz materjalide ja seadmete väljatöötamine laieneks, kui mitte kiirendada spektri piirkonna uuringuid. Uue looduslikult esineva ja kunstlikult valmistatud materjali hiljutise väljaarendamise tõttu sulgeb see nn THZ-lõhe.

Notre Dame'i ülikooli Huili (Grace) Xingi juhitud uurimisrühm, mille toetas National Science Foundation, on aktiivselt arendanud grapheinil põhinevaid seadmeid, mis on võimelised efektiivselt manipuleerima THz-lainetega. Graphein, aatomi paksune sideaine süsinikuaatomite leht, võib moduleerida või muuta THz-laine omadusi - see on ideaalne valik THz-põhistele seadmetele ja süsteemidele. "Graphein on THz-i rakenduste jaoks imematerjal," ütleb Xing. "See on tingitud selle kahemõõtmelisest olemusest, mis toob kaasa erakordsed elektri- ja optilised omadused ning tootmise hõlbustamiseks, mille tagajärjeks on seadme ja süsteemi disaini osas enneolematu vabadustase."

Xing, tema kolleegid ja üliõpilased Notre Dame'i ülikoolis on välja töötanud odavad, kompaktsed ja suure jõudlusega grafeenipõhised THz-süsteemid, näiteks kaamerad ja kiire sidekiibid. "Grapheeni vastasmõju THz-lainetega on nende THz-seadmete väljatöötamise võti," ütleb Xing. Tema rühm tugineb arvulistele simulatsioonidele ja teoreetilistele arvutustele nende seadmete projekteerimiseks enne nende valmistamist laboris.

Siin välja pakutud ja välja töötatud grafeenipõhised THz-seadmed on grafeeni kiht ja teine ​​kahemõõtmeline elektronide kiht, mida eraldab õhuke isolaator. Grafiini kiht mõjutab materjali läbivate lainete omadusi, samas kui isoleerkiht teenib grafeeni ja teise elektronkihi vahel mittejuhtivat ruumi. Nende kihtide vahelise pinge rakendades saab THz-lainete imendumist häälestada peaaegu 100% -ni. "On hämmastav, et võime täheldada sellist tugevat THz-vastust, arvestades, et grafeen on aatomipaksus materjal," ütleb Xindi grupi kraadiõppur Berardi Sensale-Rodriguez. "See on grafeenil saavutatava kõrge elektrijuhtivuse tulemus, koos võimalusega seadistada konstruktsioonid, kus graafeeni kihtides elektrivälja võimendatakse," selgitab Xing.

Hiljutises artiklis, mis on avaldatud nende töö kohta ("Lairiba graafe terahertsi modulaatorid, mida võimaldavad intraband-üleminekud", Nature Communications, 2012), teatas grupp oma graafeplaadil põhineva sisemise lairiba THz-modulaatori väljatöötamisest. Teisisõnu, seade, mis suudab moduleerida THz laine laias sagedustel. See modulaator näitas rohkem kui kahekordset THz-i manipuleerimist eelmiste lairibaühenduse intensiivsuse modulaatoritega. See on ka esimene grapheinil põhineva seadme tutvustamine, mida võimaldavad ainult piiriülesed üleminekud. Reguleerides graafine materjali kihte või üleminekuid, saab THz-laineid häälestada ja manipuleerida. Selline tõhus THz-i modulatsioon võib seadmetele rakendamisel anda enneolematu jõudluse.

See grafeeni uus rakendus sillutab teed graafeeni ja sellega seotud materjalide baasil kompaktsete, kulutõhusate ja väga tõhusate THz-seadmete väljatöötamiseks. Lähitulevikus võivad need materjalid ja seadmed meie igapäevaelu pakkuda sellistest edusammudest, nagu täiustatud kommunikatsioonisüsteemid ja ohutum ja täpsem tervisekontroll.

Toimetaja märkus: Stseenide eeskujul kujutatud teadlasi on toetanud National Science Foundation, föderaalagentuur, kelle ülesandeks on fundamentaaluuringute ja hariduse rahastamine kõigis teaduse ja tehnika valdkondades. Selles materjalis esitatud arvamused, järeldused ja järeldused või soovitused on autorite omadused ja need ei pruugi kajastada Riikliku Teadusfondi seisukohti. Vaata Stseenide arhiivi taga.


Video Täiendada: .




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com