(PhysOrg.com) -- Des chercheurs de l'Université Rice utilisent des nanotubes de carbone comme composant essentiel d'un polariseur térahertz robuste qui pourrait accélérer le développement de nouveaux dispositifs de sécurité et de communication, capteurs et systèmes d'imagerie médicale non invasifs ainsi que des études fondamentales de systèmes de matière condensée de faible dimension.

Le polariseur développé par le Rice lab de Junichiro Kono, professeur de génie électrique et informatique et de physique et astronomie, est la plus efficace jamais signalée ; il laisse sélectivement passer 100 % d'une onde térahertz ou en bloque 99,9 %, en fonction de sa polarisation. La recherche a été publiée dans la version en ligne de la revue American Chemical Society, Lettres nano .

Le polariseur large bande gère les ondes de 0,5 à 2,2 terahertz, dépassant de loin la gamme de polariseurs commerciaux constitués de grilles fragiles enveloppées de fils d'or ou de tungstène.

Kono a déclaré que les technologies qui utilisent les régions optiques et électriques du spectre électromagnétique sont matures et courantes, comme dans les lasers et les télescopes d'un côté et les ordinateurs et les micro-ondes de l'autre. Mais jusqu'à ces dernières années, la région térahertz entre les deux était en grande partie inexplorée. « Au cours des dix ou vingt dernières années, les gens ont fait des progrès impressionnants, " il a dit, en particulier dans le développement de sources de rayonnement telles que le laser à cascade quantique térahertz.

"Nous avons de très bons émetteurs et détecteurs térahertz, mais nous avons besoin d'un moyen de manipuler la lumière dans cette gamme, " a déclaré Kono. "Notre travail est dans cette catégorie, manipulant l'état de polarisation - la direction du champ électrique - du rayonnement térahertz."

Les ondes térahertz existent à la transition entre l'infrarouge et les micro-ondes et ont des qualités uniques. Ils ne sont pas nocifs et pénètrent dans le tissu, bois, du plastique et même des nuages, mais pas de métal ou d'eau. En combinaison avec la spectroscopie, ils peuvent être utilisés pour lire ce que Kono a appelé « des empreintes spectrales dans la gamme térahertz »; il a dit qu'ils le feraient, par exemple, être utile dans un contexte de sécurité pour identifier les signatures chimiques d'explosifs spécifiques.

Le travail de Kono et de l'auteur principal Lei Ren, qui a récemment obtenu son doctorat à Rice, fait grand usage de la recherche fondamentale sur les nanotubes de carbone pour laquelle l'université est célèbre. Co-auteurs Robert Hauge, un membre distingué du corps professoral en chimie, et son ancien étudiant diplômé Cary Pint ont développé un moyen de faire pousser des tapis de nanotubes et de transférer des réseaux de nanotubes bien alignés d'un catalyseur à n'importe quel substrat de leur choix, limité uniquement par la taille de la plate-forme de croissance.

Alors que Hauge et Pint développaient leurs réseaux de nanotubes, Kono et son équipe pensaient au térahertz. Il y a quatre ans, ils sont tombés sur un matériau semi-conducteur, antimoniure d'indium, qui arrêterait ou passerait les ondes térahertz, mais uniquement dans un champ magnétique intense et à très basse température.

A peu près au même moment, Le laboratoire de Kono a commencé à travailler avec des réseaux de nanotubes de carbone transférés sur un substrat de saphir par Pint et Hauge. Ces réseaux alignés - pensez à un champ de blé écrasé par un rouleau compresseur - se sont avérés très efficaces pour filtrer les ondes térahertz, comme Kono et son équipe l'ont rapporté dans un article de 2009.

"Lorsque la polarisation de l'onde térahertz était perpendiculaire aux nanotubes, il n'y avait absolument aucune atténuation, " se souvient Kono. " Mais quand la polarisation était parallèle aux nanotubes, l'épaisseur n'était pas suffisante pour tuer complètement la transmission, qui était encore à 30-50 pour cent."

La réponse était claire :rendre le polariseur plus épais. Le polariseur actuel a trois ponts de nanotubes alignés sur saphir, suffisamment pour absorber efficacement tout le rayonnement térahertz incident. "Notre méthode est unique, et c'est simple, " il a dit.

Kono voit l'utilisation de l'appareil au-delà de la spectroscopie en le manipulant avec un champ électrique, mais cela ne deviendra possible que lorsque tous les nanotubes d'un réseau seront de type semi-conducteur. Comme ils sont faits maintenant, les lots de nanotubes sont un mélange aléatoire de semi-conducteurs et de métaux; travaux récents d'Erik Hároz, un étudiant diplômé du laboratoire de Kono, a détaillé les raisons pour lesquelles les nanotubes séparés par ultracentrifugation ont des couleurs dépendantes du type. Mais trouver un moyen de cultiver des types spécifiques de nanotubes est au centre de nombreuses recherches à Rice et ailleurs.