Le nanoparticelle ingegnerizzate modulano la radiazione terahertz. L'immagine mostra i diversi effetti magnetici ed elettrici che si verificano nel nucleo di ferrite di cobalto (CFO) (quadrato) e nel guscio (sfera) di titanato di bario (BTO) circostante quando un assemblaggio di nanoparticelle viene azionato in un campo magnetico esterno (B). La direzione del campo magnetico applicato rispetto al fascio terahertz porta alla modulazione di ampiezza (antiparallelo B) e di fase (parallelo B) di un impulso terahertz trasmesso tramite l'effetto magnetoelastoelettrico (MEE). Il campo magnetico applicato produce una densità di carica di polarizzazione superficiale ssb sul guscio delle nanoparticelle. Credito:Royal Society of Chemistry
Per anni, gli scienziati hanno respinto le radiazioni terahertz. Come mai? C'erano pochi modi per controllare questa linea di vista, radiazioni non ionizzanti. Però, hanno visto il suo potenziale. Per esempio, potrebbe essere utilizzato per il corto raggio, comunicazioni a banda larga per minuscoli sensori medici e ambientali. Ora, i ricercatori hanno sviluppato un modo per controllare magneticamente i fasci di terahertz utilizzando nanoparticelle appositamente progettate. Controllando la forza e la direzione del campo magnetico applicato, le nanoparticelle hanno sintonizzato dinamicamente la fase e l'ampiezza di un fascio di terahertz.
Questo studio mostra il potenziale delle nanoparticelle ingegnerizzate per controllare magneticamente i fasci di terahertz. Il controllo dell'ampiezza e della fase dei fasci su scala nanometrica offre una gamma di possibilità. Per esempio, le nanoparticelle potrebbero consentire a minuscoli, transistor ad alta frequenza. Le particelle potrebbero anche aiutare a creare reti wireless che consentono ai nanorobot di lavorare insieme.
La finestra spettrale terahertz (da 100 gigahertz a 10 terahertz) sta attirando l'attenzione per il suo potenziale utilizzo nei sistemi di comunicazione e rilevamento a onde submillimetriche. Anche se c'è ancora molto da imparare su questa banda spettrale, le nanostrutture svolgeranno probabilmente un ruolo significativo nello sviluppo di futuri sistemi terahertz per applicazioni del mondo reale. Utilizzando materiali elettronici avanzati che possiedono contemporaneamente magnetismo e ferroelettricità, i ricercatori dell'Università del Texas a San Antonio e del Centro per le nanotecnologie integrate hanno dimostrato il controllo magnetico di un raggio di terahertz.
Il team ha utilizzato un metodo idrotermale per sintetizzare nanoparticelle composte da un nucleo ferromagnetico (ferrite di cobalto) e un guscio ferroelettrico (titanato di bario). Gli assemblaggi di queste nanoparticelle sono stati quindi operati sotto l'influenza di un campo magnetico esterno ea bassa temperatura. Il team ha variato se applicare il campo magnetico parallelo o antiparallelo alla direzione di un raggio di terahertz.
Hanno osservato effetti diversi per i due orientamenti del campo magnetico. Quando applicato in modo antiparallelo al raggio terahertz, l'assemblaggio delle nanoparticelle ha modulato l'ampiezza del fascio di terahertz trasmesso. Quando applicato in parallelo, l'assemblaggio delle nanoparticelle ha modulato la fase del fascio di terahertz. Questi effetti sono dovuti ai diversi tipi di accoppiamento magnetico ed elettrico che si verifica tra il nucleo ferromagnetico e il guscio ferroelettrico delle nanoparticelle.
Questa ricerca scopre un nuovo entusiasmante approccio per il controllo dinamico della propagazione delle onde terahertz tramite nanoparticelle. Dimostra un interruttore di modalità terahertz in cui la modalità di modulazione - ampiezza o fase - può essere cambiata dinamicamente cambiando la direzione del campo magnetico esterno applicato.
