Très mince, Les rotateurs de polarisation à large bande sont rendus possibles par des films de nanotubes de carbone ultrafins développés à l'Université de Rice en 2016. Les films de nanotubes à paroi unique hautement alignés ont été fabriqués pour la première fois en 2016. Crédit :Laboratoire Kono/Université de riz
C'est toujours bon quand votre travail acharné se reflète bien sur vous.
Avec la découverte de la rotation de polarisation géante de la lumière, c'est littéralement ainsi.
L'ultra-mince, des films de nanotubes de carbone hautement alignés réalisés pour la première fois par le physicien de l'Université Rice Junichiro Kono et ses étudiants il y a quelques années se sont avérés contenir un phénomène surprenant :une capacité à rendre possible une rotation de polarisation térahertz hautement performante.
Cette rotation ne signifie pas que les films tournent. Cela signifie que la lumière polarisée d'un laser ou d'une autre source peut désormais être manipulée d'une manière qui était auparavant hors de portée, le rendant complètement visible ou complètement opaque avec un appareil extrêmement fin.
La rotation optique unique se produit lorsque des impulsions lumineuses polarisées linéairement traversent le film de 45 nanomètres et frappent la surface de silicium sur laquelle il repose. La lumière rebondit entre le substrat et le film avant de finalement se refléter, mais avec sa polarisation tournée de 90 degrés.
Cela se produit uniquement, Kono a dit, lorsque la polarisation de la lumière d'entrée est à un angle spécifique par rapport à la direction d'alignement des nanotubes :« l'angle magique ».
La découverte de l'auteur principal Andrey Baydin, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Kono, est détaillé dans Optique . Le phénomène, qui peut être ajusté en changeant l'indice de réfraction du substrat et l'épaisseur du film, pourrait conduire à robuste, dispositifs flexibles qui manipulent les ondes térahertz.
Les physiciens de l'Université Rice ont fabriqué des rotateurs de polarisation à large bande uniques avec des films de nanotubes de carbone ultrafins. Les films font pivoter optiquement la sortie de lumière polarisée de 90 degrés, mais seulement lorsque la polarisation de la lumière d'entrée est à un angle spécifique par rapport à la direction d'alignement des nanotubes :l'« angle magique ». Crédit :Laboratoire Kono/Université du riz
Kono a dit facile à fabriquer, les rotateurs de polarisation à large bande ultrafins qui résistent à des températures élevées relèveront un défi fondamental dans le développement de dispositifs optiques térahertz. Les appareils encombrants disponibles jusqu'à présent ne permettent que des angles de polarisation limités, des appareils compacts avec plus de capacités sont donc hautement souhaitables.
Parce que le rayonnement térahertz traverse facilement des matériaux comme les plastiques et le carton, ils pourraient être particulièrement utiles dans la fabrication, contrôle qualité et suivi des processus. Ils pourraient également être utiles dans les systèmes de télécommunications et pour le contrôle de sécurité, parce que de nombreux matériaux ont des signatures spectrales uniques dans la gamme térahertz, il a dit.
"La découverte ouvre de nouvelles possibilités pour les plaques d'ondes, ", a déclaré Baydin. Une plaque d'onde modifie la polarisation de la lumière qui la traverse. Dans des appareils comme les spectromètres térahertz utilisés pour analyser la composition moléculaire des matériaux, être capable d'ajuster la polarisation jusqu'à 90 degrés permettrait la collecte de données à une résolution beaucoup plus fine.
« Nous avons constaté que spécifiquement dans les longueurs d'onde de l'infrarouge lointain, en d'autres termes, dans la gamme de fréquences térahertz - cette anisotropie est presque parfaite, " Baydin a dit. " En gros, il n'y a pas d'atténuation dans la polarisation perpendiculaire, puis une atténuation importante dans le sens parallèle.
"Nous n'avons pas cherché cela, " il a dit. " C'était complètement une surprise. "
Il a déclaré que l'analyse théorique a montré que l'effet est entièrement dû à la nature des films de nanotubes hautement alignés, qui étaient extrêmement minces mais d'environ 2 pouces de diamètre. Les chercheurs ont à la fois observé et confirmé cette rotation de polarisation géante avec des expériences et des modèles informatiques.
"D'habitude, les gens doivent utiliser des plaques d'onde de quartz d'un millimètre d'épaisseur afin de faire pivoter la polarisation térahertz, " dit Baydin, qui a rejoint le laboratoire Kono fin 2019 et a découvert le phénomène peu de temps après. "Mais dans notre cas, le film n'a que quelques nanomètres d'épaisseur."
« Les plaques d'ondes grandes et encombrantes conviennent parfaitement si vous les utilisez uniquement dans un laboratoire, mais pour les candidatures, vous voulez un appareil compact, " dit Kono. "Ce qu'Andrey a trouvé le rend possible."
