Le persone usano l'energia elettromagnetica ogni giorno... guardando la televisione, ascoltando la radio, far scoppiare il mais con il microonde, facendo una radiografia o usando un cellulare. Questa energia viaggia sotto forma di onde, che sono ampiamente utilizzati nei dispositivi elettronici e wireless.
Una delle aree più calde dello spettro elettromagnetico esplorate oggi è la gamma dei terahertz (THz). Onde terahertz, tra le microonde e le frequenze ottiche, offrono prestazioni migliorate per una varietà di applicazioni nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, Le onde THz possono trasportare più informazioni delle radio/microonde per i dispositivi di comunicazione. Forniscono anche immagini mediche e biologiche con una risoluzione maggiore rispetto alle microonde, offrendo allo stesso tempo un danno potenziale di esposizione molto più piccolo rispetto ai raggi X.
I ricercatori dell'Università di Notre Dame hanno dimostrato che è possibile manipolare in modo efficiente le onde elettromagnetiche THz con strati di grafene atomicamente sottili. Questo traguardo, che è stato recentemente pubblicato su Nature Communications, pone le basi per lo sviluppo di compatte, dispositivi e sistemi efficienti ed economici operanti nella banda THz.
“Un grosso collo di bottiglia nella promessa della tecnologia THz è stata la mancanza di materiali e dispositivi efficienti che manipolano queste onde di energia, ” dice Berardi Sensale-Rodriguez, uno studente laureato nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica a Notre Dame. "Avere un materiale naturalmente bidimensionale con una risposta forte e sintonizzabile alle onde THz - per esempio, grafene:ci offre l'opportunità di progettare dispositivi THz che raggiungono prestazioni senza precedenti.
Il team di terahertz - studenti laureati Sensale-Rodriguez, Rusen Yan, Kristof Tahy e Tian Fang; professori assistenti di ricerca Michelle M. Kelly, attraverso Center for Nano Science and Technology (NDnano), e Lei Liu, in collaborazione con Advanced Diagnostics and Therapeutics a Notre Dame (AD&T); professore assistente di ricerca in visita Wan Sik Hwang, con il Midwest Institute for Nanoelectronics Discovery (MIND); professore associato Debdeep Jena e John Cardinal O'Hara, CSC, Il Professore Associato Huili (Grace) Xing — ha dimostrato la prima prova di prototipo di un modulatore THz a base di grafene, un dispositivo abilitato esclusivamente da transizioni intrabanda in grafene.
Grafene, un materiale semiconduttore dello spessore di un atomo, ha mostrato promettenti elettrici, proprietà meccaniche e termiche che hanno portato alla recente dimostrazione di transistor veloci, elettronica flessibile/trasparente, dispositivi ottici e ora componenti attivi terahertz.
“Il grafene è stato pubblicizzato come una piattaforma ideale per scoprire nuovi, nonché dimostrare/contestare l'esistenza, fenomeni fisici dal 2004, " Xing ha detto. "Questo è ciò che due fisici nel Regno Unito, André Geim e Konstantin Novoselov, sono stati insigniti del Premio Nobel per nel 2010. Tuttavia, fino ad oggi sono emerse pochissime applicazioni del grafene nel mondo reale. L'uso del grafene per manipolare le onde THz è una di queste applicazioni. Questo documento di Nature Communication ha documentato il nostro primo sforzo sperimentale per realizzare le previsioni nel nostro articolo pubblicato su Applied Physics Letters l'anno scorso. I dispositivi con prestazioni migliori continuano a uscire dai nostri laboratori.
“Sebbene io e il professor Jena abbiamo formato la visione per utilizzare il gas di elettroni bidimensionale per manipolare le onde THz nel 2006, non è stato fino a Michelle, Lei e Berardi si sono uniti a noi che questo lavoro era possibile, ” ha aggiunto Xing.
