في العام الماضي، طوّر فريق شنغ تشيغاو، الباحث في مركز المجال المغناطيسي العالي التابع لمعهد هيفاي للعلوم الفيزيائية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، مُعدّلًا كهروضوئيًا تيراهرتزيًا نشطًا وذكيًا يعتمد على جهاز تجريبي ذي مجال مغناطيسي عالٍ في حالة مستقرة. نُشر البحث في مجلة ACS Applied Materials & Interfaces.
على الرغم من تفوق تقنية التيراهرتز في خصائصها الطيفية وآفاق تطبيقها الواسعة، إلا أن تطبيقاتها الهندسية لا تزال محدودة للغاية في ظل تطوير مواد ومكونات التيراهرتز. ومن بين هذه التقنيات، يُعدّ التحكم النشط والذكي في موجات التيراهرتز عبر المجال الخارجي اتجاهًا بحثيًا مهمًا في هذا المجال.
سعيًا نحو أحدث التوجهات البحثية في مكونات نواة التيراهرتز، ابتكر فريق البحث مُعدّل إجهاد التيراهرتز القائم على مادة الجرافين ثنائية الأبعاد [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)]، وهو مُعدّل إجهاد التيراهرتز عريض النطاق مُتحكّم ضوئيًا قائم على أكسيد قوي الارتباط [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)] ومصدر تيراهرتز جديد أحادي التردد مُتحكّم مغناطيسيًا قائم على الفونون [Advanced Science 9, 2103229(2021)]. وقد اختيرت طبقة أكسيد الإلكترون الفاناديوم المُرتبطة كطبقة وظيفية، وتم اعتماد تصميم هيكل متعدد الطبقات وطريقة تحكم إلكتروني. وقد تحقق تعديل نشط متعدد الوظائف لانتقال التيراهرتز وانعكاسه وامتصاصه (الشكل أ). أظهرت النتائج أنه بالإضافة إلى النفاذية والامتصاصية، يُمكن أيضًا تنظيم الانعكاسية وطور الانعكاس بفعالية بواسطة المجال الكهربائي، حيث يصل عمق تعديل الانعكاسية إلى 99.9%، ويمكن أن يصل طور الانعكاس إلى تعديل ~180 درجة (الشكل ب). والأهم من ذلك، لتحقيق تحكم كهربائي ذكي في ترددات التيراهرتز، صمم الباحثون جهازًا مزودًا بحلقة تغذية راجعة مبتكرة "تيراهرتز - كهربائي - تيراهرتز" (الشكل ج). وبغض النظر عن تغيرات ظروف التشغيل والبيئة الخارجية، يُمكن للجهاز الذكي الوصول تلقائيًا إلى قيمة تعديل التيراهرتز المحددة (المتوقعة) في حوالي 30 ثانية.
(أ) الرسم التخطيطي لـمعدِّل كهروضوئيعلى أساس VO2
(ب) التغيرات في النفاذية والانعكاسية والامتصاصية ومرحلة الانعكاس مع التيار المطبق
(ج) الرسم التخطيطي للتحكم الذكي
تطوير تيراهرتز نشط وذكيمعدِّل كهروضوئيبناءً على المواد الإلكترونية المرتبطة، يُقدّم هذا العمل فكرةً جديدةً لتحقيق التحكم الذكي في ترددات تيراهرتز. حظي هذا العمل بدعمٍ من البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية، وصندوق إدارة مختبرات المجال المغناطيسي العالي في مقاطعة آنهوي.
وقت النشر: ٨ أغسطس ٢٠٢٣