La gente usa energía electromagnética todos los días ... viendo televisión, Escuchando la radio, hacer palomitas de maíz con microondas, tomando una radiografía o usando un teléfono celular. Esta energía viaja en forma de ondas, que son ampliamente utilizados en dispositivos electrónicos e inalámbricos.
Una de las áreas más calientes del espectro electromagnético que se explora hoy es el rango de terahercios (THz). Ondas de terahercios, que se encuentra entre las frecuencias de microondas y ópticas, ofrecen un rendimiento mejorado para una variedad de aplicaciones en la vida diaria. Por ejemplo, Las ondas THz pueden transportar más información que las ondas de radio / microondas para dispositivos de comunicación. También proporcionan imágenes médicas y biológicas con mayor resolución que las microondas, mientras que ofrece un daño potencial de exposición mucho menor que los rayos X.
Investigadores de la Universidad de Notre Dame han demostrado que es posible manipular de manera eficiente ondas electromagnéticas THz con capas de grafeno atómicamente delgadas. Este logro, que se publicó recientemente en Nature Communications, prepara el escenario para el desarrollo de compacto, dispositivos y sistemas eficientes y rentables que operan en la banda THz.
“Un cuello de botella importante en la promesa de la tecnología THz ha sido la falta de materiales y dispositivos eficientes que manipulen estas ondas de energía, ”Dice Berardi Sensale-Rodriguez, estudiante de posgrado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica de Notre Dame. “Tener un material naturalmente bidimensional con una respuesta fuerte y sintonizable a las ondas THz, por ejemplo, grafeno:nos brinda la oportunidad de diseñar dispositivos THz con un rendimiento sin precedentes ".
El equipo de terahercios - estudiantes graduados Sensale-Rodríguez, Rusen Yan, Kristof Tahy y Tian Fang; profesores asistentes de investigación Michelle M. Kelly, a través del Centro de Nano Ciencia y Tecnología (NDnano), y Lei Liu, en conjunto con Advanced Diagnostics and Therapeutics en Notre Dame (AD&T); el profesor asistente de investigación visitante Wan Sik Hwang, con el Midwest Institute for Nanoelectronics Discovery (MIND); el profesor asociado Debdeep Jena y el cardenal John O’Hara, C.S.C., La profesora asociada Huili (Grace) Xing - ha demostrado el primer prototipo de prueba de concepto de un modulador de THz basado en grafeno, un dispositivo habilitado únicamente por transiciones intrabanda en grafeno.
Grafeno un material semiconductor de un átomo de espesor, ha demostrado ser eléctrica prometedora, propiedades mecánicas y térmicas que conducen a la reciente demostración de transistores rápidos, electrónica flexible / transparente, dispositivos ópticos y ahora componentes activos de terahercios.
"El grafeno se ha promocionado como una plataforma ideal para descubrir nuevos así como probar / disputar existente, fenómenos físicos desde 2004, ", Dijo Xing." Eso es lo que dos físicos en el Reino Unido, Andre Geim y Konstantin Novoselov, fueron galardonados con el Premio Nobel en 2010. Sin embargo, Hasta la fecha, han surgido muy pocas aplicaciones del grafeno en el mundo real. Usar grafeno para manipular ondas THz es una de esas aplicaciones. Este artículo de Nature Communication documentó nuestro primer esfuerzo experimental para realizar las predicciones en nuestro artículo publicado en Applied Physics Letters el año pasado. Los dispositivos con mejor rendimiento continúan saliendo de nuestros laboratorios.
“Aunque el profesor Jena y yo formamos la visión de utilizar gas de electrones bidimensionales para manipular ondas THz en 2006, no fue hasta Michelle, Lei y Berardi se unieron a nosotros para que este trabajo fuera posible, ”Agregó Xing.
