Brug af skåret metaltråde i mikrostørrelse, team skaber vej til nye anvendelser for terahertz-bølger

Japanske forskere testede med succes refleksionsfri, meget brydningsindeks metasurface, der i sidste ende kan bruges i praktiske applikationer til at sende, modtage, og manipulere lys og radiobølger i terahertz-bølgebåndet (THz). THz måles i milliontedele af en meter, kendt som mikrometer. Metafladen, et kunstigt todimensionelt fladt materiale, var lavet af afskårne metaltråde i mikrostørrelse af sølvpastablæk placeret på både for- og bagsiden af ​​en polyimidfilm. Holdet, ledet af Takehito Suzuki, Lektor ved Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) Institute of Engineering, offentliggjorde deres resultater den 29. april, 2021 i Optik Express .

Sådanne flade metaoverflader repræsenterer et spring fremad i studiet af THz-optik, fordi de kan være fleksible, kan tilpasses en meget bredere vifte af potentielle anvendelser, og langt mindre end den nuværende generation af THz-optik, som er afhængig af naturligt forekommende materialer, der har faste brydningsindekser i THz-bølgebåndet, såsom cyclo-olefin polymer, magnesiumoxid, og silicium. Et brydningsindeks for et materiale viser, at hvor langsomme elektromagnetiske bølger bevæger sig i materialet sammenlignet med et vakuum.

En større evne til at modtage, sende, styring, og manipulere elektromagnetiske bølger over 1,0 THz er nødvendigt for at låse deres potentiale op, som forbliver stort set uudnyttet, ifølge Suzuki. "Den refleksionsfrie metaoverflade med et højt brydningsindeks over 1,0 THz kan tilbyde en tilgængelig platform for terahertz flad optik såsom 6G trådløs kommunikation og andre mulige kommercielle applikationer, " sagde Suzuki. "Ud over langt hurtigere trådløse dataoverførselshastigheder, en bedre evne til at manipulere THz-bølger ved hjælp af metasurfaces kan i høj grad fremme teknologien inden for bølgefrontsformning, stråledannelse, polarisationskontrol, og optiske hvirvler - emner af stor interesse for de videnskabelige og kommunikationsmæssige samfund."

Suzukis forskerhold satte sig for at støtte det større videnskabelige samfunds mål om at erstatte konventionelle tredimensionelle omfangsrige optiske komponenter med todimensionelle flade komponenter, en bedrift, der ville frigøre plads og tillade udvikling af mindre, mere fleksible videnskabelige og kommunikationsinstrumenter, samt mere avancerede sikkerhedskameraer.

Holdet, Harumi Asada, Kota Endo, og Takehito Suzuki, skabte deres eksperimentelle metasurface ved hjælp af sølvpastablæk og en meget tynd polyimidfilm. Klip metaltråde med en sølvfarvet blæk lagt på filmen af ​​en superfin inkjetprinter (SIJ Technology, Inc.) i stand til at tegne linjer i størrelsesordenen 10 mikrometer i bredden, gav det resultat, de havde håbet på:Metaoverfladen, som var lavet af 80, 036 par afskåret metaltråde med sølvfarvet blæk på både for- og bagside af 6x6 kvadratmillimeter (omtrent et spædbarns miniaturebillede) af en polyimidfilm, har et højt brydningsindeks og lav refleksion ved 3,0 THz.

Suzuki og hans samarbejdende videnskabsmænd planlægger yderligere at undersøge potentialet for flad optik til brug i THz-bølgebåndet, med håb om at finde skalerbare, kommercielt levedygtige materialer egnet til en bred vifte af fremtidige anvendelser.