Tuning af terahertz-stråler med nanopartikler

Årevis, videnskabsmænd har afvist terahertz-stråling. Hvorfor? Der var få måder at kontrollere denne synsfelt på, ikke -ioniserende stråling. Imidlertid, de så dets potentiale. For eksempel, det kan bruges til kort rækkevidde, kommunikation med høj båndbredde til små medicinske og miljømæssige sensorer. Nu, forskere har udviklet en måde at magnetisk kontrollere terahertz-stråler ved hjælp af specialdesignede nanopartikler. Ved at kontrollere styrken og retningen af ​​det påførte magnetfelt, nanopartiklerne stemte dynamisk en terahertz -stråles fase og amplitude.

Denne undersøgelse viser potentialet for konstruerede nanopartikler til magnetisk at kontrollere terahertz-stråler. Styring af strålernes amplitude og fase på nanoskala giver en række muligheder. For eksempel, nanopartiklerne kunne muliggøre små, højfrekvente transistorer. Partiklerne kan også hjælpe med at skabe trådløse netværk, der lader nanorobotter arbejde sammen.

Terahertz-spektralvinduet (100 gigahertz til 10 terahertz) tiltrækker opmærksomhed for dets potentielle brug i submillimeterbølgekommunikations- og sensingsystemer. Selvom der stadig er meget at lære om dette spektrale band, nanostrukturer vil sandsynligvis spille en væsentlig rolle i udviklingen af ​​fremtidige terahertz-systemer til applikationer i den virkelige verden. Ved hjælp af avancerede elektroniske materialer, der samtidig besidder både magnetisme og ferroelektricitet, forskere fra University of Texas i San Antonio og Center for Integrated Nanotechnologies demonstrerede magnetisk kontrol af en terahertz -stråle.

Teamet brugte en hydrotermisk metode til at syntetisere nanopartikler sammensat af en ferromagnetisk kerne (koboltferrit) og en ferroelektrisk skal (bariumtitanat). Samlinger af disse nanopartikler blev derefter opereret under påvirkning af et eksternt magnetfelt og ved en lav temperatur. Teamet varierede, om de anvendte magnetfeltet parallelt eller antiparallelt i retningen af ​​en terahertz -stråle.

De observerede forskellige effekter for de to magnetfeltorienteringer. Når den påføres antiparallel til terahertz-strålen, nanopartikelsamlingen modulerede amplituden af ​​den transmitterede terahertz -stråle. Når den anvendes parallelt, nanopartikelsamlingen modulerede fasen af ​​terahertz -strålen. Disse effekter skyldes de forskellige former for magnetisk og elektrisk kobling, der opstår mellem nanopartiklernes ferromagnetiske kerne og ferroelektriske skal.

Denne forskning afdækker en spændende ny tilgang til den dynamiske kontrol af terahertz -bølgeformering ved hjælp af nanopartikler. Det viser en terahertz mode-switch, hvor modulationstilstanden-amplitude eller fase-kan dynamisk skiftes ved at ændre retningen af ​​det anvendte eksterne magnetfelt.