Les nanoparticules d'ingénierie modulent le rayonnement térahertz. L'image montre les différents effets magnétiques et électriques qui se produisent dans le noyau de ferrite de cobalt (CFO) (carré) et l'enveloppe environnante de titanate de baryum (BTO) (sphère) lorsqu'un assemblage de nanoparticules est exploité dans un champ magnétique externe (B). La direction du champ magnétique appliqué par rapport au faisceau térahertz conduit à une modulation en amplitude (antiparallèle B) et en phase (parallèle B) d'une impulsion térahertz transmise via l'effet magnéto-élasto-électrique (MEE). Le champ magnétique appliqué produit une densité de charge de polarisation de surface ssb sur la coque des nanoparticules. Crédit :Société royale de chimie
Pendant des années, les scientifiques ont écarté le rayonnement térahertz. Pourquoi? Il y avait peu de moyens de contrôler cette ligne de mire, rayonnement non ionisant. Cependant, ils ont vu son potentiel. Par exemple, il pourrait être utilisé à courte portée, communications à large bande passante pour de minuscules capteurs médicaux et environnementaux. Maintenant, des chercheurs ont mis au point un moyen de contrôler magnétiquement les faisceaux térahertz à l'aide de nanoparticules spécialement conçues. En contrôlant la force et la direction du champ magnétique appliqué, les nanoparticules ont accordé dynamiquement la phase et l'amplitude d'un faisceau térahertz.
Cette étude montre le potentiel des nanoparticules artificielles pour contrôler magnétiquement les faisceaux térahertz. Le contrôle de l'amplitude et de la phase des faisceaux à l'échelle nanométrique offre un éventail de possibilités. Par exemple, les nanoparticules pourraient permettre à de minuscules, transistors haute fréquence. Les particules pourraient également aider à créer des réseaux sans fil permettant aux nanorobots de travailler ensemble.
La fenêtre spectrale térahertz (100 gigahertz à 10 terahertz) attire l'attention pour son utilisation potentielle dans les systèmes de communication et de détection à ondes submillimétriques. Bien qu'il reste encore beaucoup à apprendre sur cette bande spectrale, les nanostructures joueront probablement un rôle important dans le développement de futurs systèmes térahertz pour des applications dans le monde réel. En utilisant des matériaux électroniques avancés qui possèdent à la fois du magnétisme et de la ferroélectricité, des chercheurs de l'Université du Texas à San Antonio et du Center for Integrated Nanotechnologies ont démontré le contrôle magnétique d'un faisceau térahertz.
L'équipe a utilisé une méthode hydrothermale pour synthétiser des nanoparticules composées d'un noyau ferromagnétique (ferrite de cobalt) et d'une enveloppe ferroélectrique (titanate de baryum). Des assemblages de ces nanoparticules ont ensuite été opérés sous l'influence d'un champ magnétique externe et à basse température. L'équipe variait selon qu'elle appliquait le champ magnétique parallèlement ou antiparallèle à la direction d'un faisceau térahertz.
Ils ont observé des effets différents pour les deux orientations du champ magnétique. Lorsqu'il est appliqué de manière antiparallèle au faisceau térahertz, l'assemblage de nanoparticules a modulé l'amplitude du faisceau térahertz transmis. Lorsqu'il est appliqué en parallèle, l'assemblage de nanoparticules a modulé la phase du faisceau térahertz. Ces effets sont dus aux différents types de couplage magnétique et électrique qui se produisent entre le noyau ferromagnétique et l'enveloppe ferroélectrique des nanoparticules.
Cette recherche révèle une nouvelle approche passionnante pour le contrôle dynamique de la propagation des ondes térahertz au moyen de nanoparticules. Il montre un commutateur de mode térahertz où le mode de modulation – amplitude ou phase – peut être commuté dynamiquement en changeant la direction du champ magnétique externe appliqué.
