تم بنجاح تطوير مُعدِّل كهروضوئي ذكي وفعال يعمل بترددات تيراهيرتز

في العام الماضي، طوّر فريق شينغ تشيغاو، الباحث في مركز المجالات المغناطيسية العالية التابع لمعهد خفي للعلوم الفيزيائية، الأكاديمية الصينية للعلوم، مُعدِّلاً كهروضوئياً نشطاً وذكياً يعمل بترددات تيراهيرتز، بالاعتماد على جهاز تجريبي يعمل بمجال مغناطيسي عالٍ في حالة الاستقرار. وقد نُشر البحث في مجلة ACS Applied Materials & Interfaces.

على الرغم من أن تقنية التيراهيرتز تتمتع بخصائص طيفية فائقة وآفاق تطبيق واسعة، إلا أن تطبيقاتها الهندسية لا تزال محدودة بشكل كبير بسبب تطوير مواد ومكونات التيراهيرتز. ومن بين هذه المكونات، يُعد التحكم النشط والذكي في موجات التيراهيرتز بواسطة مجال خارجي اتجاهًا بحثيًا هامًا في هذا المجال.

سعياً وراء أحدث التوجهات البحثية في مجال مكونات الترددات التيراهيرتزية الأساسية، ابتكر فريق البحث مُعدِّلاً للإجهاد في نطاق الترددات التيراهيرتزية يعتمد على مادة الجرافين ثنائية الأبعاد [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)]، ومُعدِّلاً ضوئياً واسع النطاق في نطاق الترددات التيراهيرتزية يعتمد على أكسيد مرتبط بقوة [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)]، ومصدراً جديداً للترددات التيراهيرتزية أحادي التردد يعتمد على الفونونات ويتم التحكم فيه مغناطيسياً [Advanced Science 9, 2103229(2021)]. وقد تم اختيار طبقة من ثاني أكسيد الفاناديوم المرتبط بالإلكترونات كطبقة وظيفية، مع اعتماد تصميم هيكلي متعدد الطبقات وطريقة تحكم إلكترونية. وقد تحقق التعديل النشط متعدد الوظائف لانتقال وانعكاس وامتصاص الترددات التيراهيرتزية (الشكل أ). تُظهر النتائج أنه بالإضافة إلى النفاذية والامتصاصية، يمكن أيضًا تنظيم الانعكاسية وطور الانعكاس بشكل فعال بواسطة المجال الكهربائي، حيث يصل عمق تعديل الانعكاسية إلى 99.9%، ويصل طور الانعكاس إلى تعديل يبلغ حوالي 180 درجة (الشكل ب). والأكثر إثارة للاهتمام، لتحقيق تحكم كهربائي ذكي في نطاق الترددات تيراهيرتز، صمم الباحثون جهازًا مزودًا بحلقة تغذية راجعة مبتكرة "تيراهيرتز - كهربائي - تيراهيرتز" (الشكل ج). وبغض النظر عن التغيرات في ظروف البداية والبيئة الخارجية، يمكن للجهاز الذكي الوصول تلقائيًا إلى قيمة تعديل الترددات تيراهيرتز المحددة (المتوقعة) في غضون 30 ثانية تقريبًا.

(أ) رسم تخطيطي لـمُعدِّل كهروضوئيبناءً على VO2

(ب) تغيرات النفاذية، والانعكاسية، والامتصاصية، وطور الانعكاس مع التيار المطبق

(ج) مخطط تخطيطي للتحكم الذكي

تطوير تيراهيرتز نشط وذكيمُعدِّل كهروضوئييُقدّم هذا البحث، القائم على مواد إلكترونية مُرتبطة، فكرةً جديدةً لتحقيق التحكم الذكي في نطاق الترددات تيراهيرتز. وقد حظي هذا العمل بدعم من البرنامج الوطني الرئيسي للبحث والتطوير، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية، وصندوق توجيه مختبر المجال المغناطيسي العالي في مقاطعة آنهوي.