Разработан перспективный метод управления терагерцовым лучом

Обычно исследования активных метаповерхностей фокусируются на изменении диэлектрической постоянной и электрической проницаемости подложки, что часто приводит к возникновению эффекта резонанса и омическим потерям.

Однако реконфигурируемая метаповерхность, основанная на механической деформации, позволяет избежать этих проблем. Тем не менее, в настоящее время перенастраиваемые метаповерхности, созданные с помощью МЭМС и FIB-индуцированной деформации, трудно изготовить или они обладают недостаточной устойчивостью.

Жидкокристаллический эластомер (LCE), как новый тип жидкокристаллического полимерного материала, может обеспечить контролируемую и восстановимую упругую деформацию в ответ на повышение температуры или облучение светом, что вызвало огромный интерес в кругах химиков, материаловедов и биоников.

Хорошие характеристики оптической/термически индуцированной деформации позволяют предположить, что этот материал будет отличным кандидатом на роль активного элемента в перенастраиваемых метаповерхностях, хотя до сих пор он редко использовался для регулирования их реакции.

В новой работе, опубликованной в журнале Light Science & Application, группа ученых под руководством профессора Цзяньцяна Гу из Центра терагерцовых волн Тяньцзиньского университета (Китай) и профессора Дэна Луо с факультета электротехники и электроники Южного университета науки и технологии (Китай) синтезировала тип LCE, состоящий из жидкокристаллического мономера (RM006), жидкокристаллического сшивающего агента (RM257) и фотосенсибилизатора (Irgacure 651).

Когда температура превышает точку фазового перехода, напряжения, возникающие в монослое LCE, заставляют весь LCE гнуться в направлении параллельной ориентации молекул. Исследовательская группа использовала пленку LCE в качестве гибкой подложки для создания фазово-непрерывной метаповерхности с алюминиевыми С-образными разъемными кольцами в качестве резонаторов, что позволило реализовать активное управление широкополосным терагерцовым волновым фронтом.

Линейный фазовый градиент метаповерхности создается с помощью восьми С-образных разъемных колец с фазовым интервалом π/4, которые периодически располагаются на подложке LCE. Когда нисходящая терагерцовая волна проходит через метаповерхность, направление выхода ортогональной поляризации отклоняется в соответствии с обобщенным законом Снелла, что приводит к управлению терагерцовым волновым фронтом.

В начале данной работы с помощью численного моделирования были определены конкретные масштабы С-образных разъемных колец, которые находятся в отличной гармонии с теоретическим прогнозом, а затем с помощью процессов фотолитографии, вакуумного испарения и мокрого травления были изготовлены опытные образцы LCE.

Угол выхода кросс-поляризованной волны через образец метаповерхности LCE измерили с помощью цельноволоконной терагерцовой спектроскопии, основанной на асинхронной выборке. Было доказано, что метаповерхность LCE работает как выдающийся направитель луча, угол выхода которого варьируется от 70° до 25° для 0,48~1,1 ТГц.

Для достижения точного отклонения гибкой подложки LCE фемтосекундный импульс с центральной длиной волны 1030 нм фокусировался на краю образца цилиндрической линзой, формируя фокальную линию на подложке LCE.

Фототермический эффект вызывает изгиб ЛСЭ вокруг облучаемой линии, в то время как необлученная часть остается плоской, таким образом, реализуя общее отклонение метаповерхности. Изменяя мощность инфракрасного излучения, исследователи могут контролировать угол отклонения метаповерхности ЛСЭ, а скорость модуляции может составлять считанные секунды.

При четырех мощностях накачки метаповерхность LCE отклоняется в разной степени. При увеличении мощности насоса выходной угол постепенно увеличивается, и это увеличение угла на низкой частоте является более заметным. При самой высокой мощности инфракрасного насоса угол выхода терагерцовой волны 0,68 ТГц достигает максимального угла настройки 22°.

«Далее мы исследовали производительность и перспективы использования предложенных метаповерхностей LCE в качестве направителя терагерцового луча, частотного модулятора и активного рассеивателя», — добавили они.

Ученые считают, что потенциал, который продемонстрировала метаповерхность LCE, открывает широкие возможности для отслеживания луча, частотной фильтрации и измерения температуры в терагерцовом диапазоне, что в свою очередь позволит продвинуть исследования и разработки в области беспроводной связи следующего поколения, терагерцовой визуализации и терагерцовой спектроскопии.

Принцип проектирования, предложенный в данной работе, может быть распространен на другие частотные диапазоны, открывая путь для изучения активных метаповерхностей.

08.01.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание

При выборе материала для инфраструктурных...

В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ

Образовательное пространство Технологическое м...

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Учёные МИСИС и ИФХЭ РАН разработали быстрый и дешёвый метод получения вольфрама
Учёные МИСИС и ИФХЭ РАН разработали быстрый и дешёвый метод получения вольфрама
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
На российском рынке труда — дефицит инженеров и конструкторов на производстве
На российском рынке труда — дефицит инженеров и конструкторов на производстве
ANZJ of Public Health: Пары сварки подвергают сварщиков риску развития рака
ANZJ of Public Health: Пары сварки подвергают сварщиков риску развития рака
Казанские ученые выяснили, что русский язык позитивнее английского
Казанские ученые выяснили, что русский язык позитивнее английского

Новости компаний, релизы

U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред
Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
40% профессионалов предпочитают работать удаленно с дачи
Около 25 млн рублей инвестиций привлек маркетплейс автозапчастей, созданный выпускниками вузов
Ученые СПбГУ: остатки самой северной древней саламандры подтвердили наличие сибирского убежища в юрский период