Terahertz (THz) tækni er gagnleg í forritum eins og líflæknisfræðilegri myndgreiningu, fjarskiptum og háþróuðum skynjunarkerfum. Hins vegar, vegna einstaks eðlis rafsegulbylgna á bilinu 0.1 til 10 terahertz, hefur verið erfitt að þróa afkastamikla íhluti sem sýna fram á raunverulega möguleika terahertz tækninnar. Jafnvel hönnun efnislausra hluta eins og sía og gleypa er enn mikil áskorun.
Sem betur fer getur uppgangur metaefna leitt til nýstárlegra lausna á þessum vandamálum. Þökk sé framþróun í framleiðslu og vinnslutækni er nú hægt að búa til tvívíddar (2D) mynstraðar örbyggingar með einstaka rafsegulfræðilega eiginleika á terahertz sviðinu, sem gerir áður óþekkta stjórn á merkjum á þessum tíðnum.
Þrátt fyrir að margs konar tvívíddar metaefni (eða „hyperfaces“) hafi verið lögð til fyrir bylgjudrepandi efni, hafa flest þeirra enn alvarlegar takmarkanir. Algengt vandamál er að þegar burðarvirki efnis sem gleypir yfirborð hefur verið auðkennt og búið til, þá eru rafsegulfræðilegir eiginleikar þess fastir.
Þessi óstillingargeta takmarkar mögulega notkun slíkra tækja. Á hinn bóginn, þó að stillanlegir málmbundnir yfirborðsgleyparar séu til, er óhugsandi að nota þunn málmlög. Þetta stafar af nokkrum göllum, svo sem erfiðleikum við að búa til nauðsynlegar mannvirki og lélega frammistöðu vegna eðlislægra eiginleika málma.
Í þessu samhengi hefur teymi Dr. Wenhan Cao við Vísinda- og tækniháskólann í Shanghai þróað nýjan kolefnisbundinn stillanlegan metasurface absorber með ofurbreiðri stillanlegri bandbreidd á terahertz sviðinu. Þessi rannsókn undir stjórn Dr. Wenhan Cao var nýlega birt í Advanced Photonics Nexus.
"Kjarni ísogans notar grafen og grafít örbyggingar sem resonators og grafítlög sem bakendurkastandi yfirborð." Dr. Wenhan Cao útskýrir, "Endurteknar undireiningar (eða 'frumur') í þessum terahertz metasurface absorber hafa verið hernaðarlega hönnuð til að hámarka frásogsskilvirkni byggt á fjórum meginþáttum: rúmfræði, efniseiginleikum, skautunarnæmi og stillingarbúnaði."
Hvað varðar rúmfræði samanstendur gleypirinn af þremur þunnum lögum. Efsta lagið er mynstrað leiðandi lag sem inniheldur sammiðja grafíthringi sem eru samtengdir með grafenvírum; annað lagið er einfalt rafsegulefni sem hjálpar til við að dreifa óæskilegum rafsegulbylgjum; og þriðja lagið er gleypið lag sem kemur í veg fyrir að terahertz bylgjur komist beint í gegnum tækið og hámarkar þannig frásogsvirkni.
Efnisval og rúmfræðileg hönnun gleypunnar eru fínstillt með tölulegri greiningu og uppgerð, sem stuðlar að ótrúlegri frásog hans í terahertz sviðinu. Athyglisvert er að lykileiginleiki fyrirhugaðs gleypiefnis er stillanleiki hans, sem stafar af stillanlegum Fermi orkustigum. Þessi breytu skiptir sköpum í efni og hálfleiðaratækni þar sem hún ákvarðar dreifingu rafeinda í mismunandi orkustigum.
Með því að setja spennu á grafenlag er hægt að breyta Fermi orkustigi þess og fínstilla þannig frásogsbandbreiddina auðveldlega. Dr. Wenhan Cao lagði áherslu á: "Við Fermi orkustig upp á 1 eV getur fyrirhugaður gleypir náð ótrúlega breiðri bandbreidd upp á 8,99 THz, sem veitir meira en 90% frásog á tíðnisviðinu 7,24 til 16,23 THz, með tveimur aðskildum ómun. við 8,35 THz og 14,70 THz."
Annar mikilvægur kostur við fyrirhugaða hönnun er ónæmi hennar fyrir skautunarhorni innfallsgeislunar. Notkun sammiðja hringa í frumu ísogans gefur náttúrulega þennan hagstæða eiginleika. Hringurinn, sem er fullkomlega samhverf lögun, gerir gleypunni kleift að viðhalda háum frásogshraða við innfallshorn allt að 50 gráður.
Í stuttu máli, margir kostir fyrirhugaðrar hönnunar ásamt einfaldleika hennar tákna sannkallaða byltingu í terahertz tækni." eykur notagildi þess.Þessir kostir eru betri en aðrir gleypir sem greint hefur verið frá.
Í náinni framtíð munu terahertz tæki verða hluti af hversdagstækni, sérstaklega á sviðum eins og læknisfræði og fjarskiptum, auk rannsóknamiðaðra sviða eins og efnisfræði og líffræði.
