昨年、中国科学院合肥物質科学研究所高磁場センターの研究員である盛志高氏率いる研究チームは、定常高磁場実験装置を利用した能動的かつインテリジェントなテラヘルツ電気光学変調器を開発した。この研究成果は、ACS Applied Materials & Interfaces誌に掲載されている。
テラヘルツ技術は優れたスペクトル特性と幅広い応用可能性を秘めているものの、テラヘルツ材料やテラヘルツ部品の開発が進んでいないため、その実用化は依然として深刻な制約を受けている。中でも、外部場によるテラヘルツ波の能動的かつインテリジェントな制御は、この分野における重要な研究方向の一つである。
テラヘルツコアコンポーネントの最先端研究方向を目指し、研究チームは、二次元材料グラフェンに基づくテラヘルツ応力変調器[Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)]、強結合酸化物に基づくテラヘルツ広帯域光制御変調器[ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)]、およびフォノンに基づく新しい単一周波数磁気制御テラヘルツ光源[Advanced Science 9, 2103229(2021)]を発明し、結合電子酸化物二酸化バナジウム膜を機能層として選択し、多層構造設計と電子制御方法を採用し、テラヘルツ透過、反射、吸収の多機能アクティブ変調を実現しました（図a）。結果によると、透過率と吸収率に加えて、反射率と反射位相も電界によって能動的に制御でき、反射率変調深度は99.9%に達し、反射位相は180°程度まで変調できることがわかった（図b）。さらに興味深いことに、インテリジェントなテラヘルツ電気制御を実現するために、研究者らは斬新な「テラヘルツ-電気-テラヘルツ」フィードバックループを備えたデバイスを設計した（図c）。開始条件や外部環境の変化に関わらず、スマートデバイスは約30秒で設定された（期待される）テラヘルツ変調値に自動的に到達できる。
（a）電気光学変調器VO2に基づく
（b）印加電流による透過率、反射率、吸収率、反射位相の変化
（c）インテリジェント制御の概略図
アクティブでインテリジェントなテラヘルツの開発電気光学変調器関連する電子材料に基づいたこの研究は、テラヘルツ帯インテリジェント制御の実現に向けた新たなアイデアを提供する。本研究は、国家重点研究開発計画、国家自然科学基金、および安徽省高磁場研究所指導基金の支援を受けて実施された。
投稿日時：2023年8月8日