Les gens utilisent de l'énergie électromagnétique tous les jours… en regardant la télévision, écouter la radio, maïs à éclater au micro-ondes, faire une radiographie ou utiliser un téléphone portable. Cette énergie voyage sous forme d'ondes, qui sont largement utilisés dans les appareils électroniques et sans fil.
L'un des domaines les plus chauds du spectre électromagnétique exploré aujourd'hui est la gamme térahertz (THz). Ondes térahertz, compris entre les fréquences micro-ondes et optiques, offrent des performances améliorées pour une variété d'applications dans la vie quotidienne. Par exemple, Les ondes THz peuvent transporter plus d'informations que les radios/micro-ondes pour les appareils de communication. Ils fournissent également des images médicales et biologiques avec une résolution plus élevée que les micro-ondes, tout en offrant des dommages potentiels d'exposition beaucoup plus faibles que les rayons X.
Des chercheurs de l'Université de Notre Dame ont montré qu'il est possible de manipuler efficacement les ondes électromagnétiques THz avec des couches de graphène atomiquement minces. Cette réalisation, qui a été récemment publié dans Nature Communications, ouvre la voie au développement du compact, dispositifs et systèmes efficaces et économiques fonctionnant dans la bande THz.
« Un goulot d'étranglement majeur dans la promesse de la technologie THz a été le manque de matériaux et d'appareils efficaces qui manipulent ces ondes d'énergie, », dit Berardi Sensale-Rodriguez, un étudiant diplômé du Département de génie électrique à Notre Dame. « Avoir un matériau naturellement bidimensionnel avec une réponse forte et ajustable aux ondes THz - par exemple, graphène — nous donne l'opportunité de concevoir des appareils THz atteignant des performances sans précédent.
L'équipe térahertz — étudiants diplômés Sensale-Rodriguez, Rusen Yan, Kristof Tahy et Tian Fang; professeurs adjoints de recherche Michelle M. Kelly, par le biais du Center for Nano Science and Technology (NDnano), et Lei Liu, en collaboration avec Advanced Diagnostics and Therapeutics à Notre Dame (AD&T); professeur assistant de recherche invité Wan Sik Hwang, avec le Midwest Institute for Nanoelectronics Discovery (MIND); professeur agrégé Debdeep Jena et John Cardinal O'Hara, S.C.C., Le professeur agrégé Huili (Grace) Xing — a fait la démonstration du premier prototype de preuve de concept d'un modulateur THz à base de graphène, un dispositif activé uniquement par les transitions intrabandes dans le graphène.
Graphène, un matériau semi-conducteur d'épaisseur atomique, s'est montrée prometteuse électrique, propriétés mécaniques et thermiques conduisant à la démonstration récente de transistors rapides, électronique souple/transparente, dispositifs optiques et maintenant composants actifs térahertz.
« Le graphène a été présenté comme une plate-forme idéale pour découvrir de nouveaux, ainsi que prouver/contester l'existence, phénomènes physiques depuis 2004, " dit Xing. " C'est ce que deux physiciens du Royaume-Uni, André Geim et Konstantin Novoselov, ont reçu le prix Nobel en 2010. Cependant, très peu d'applications réelles du graphène ont émergé à ce jour. L'utilisation du graphène pour manipuler les ondes THz est l'une de ces applications. Cet article de Nature Communication a documenté notre premier effort expérimental pour réaliser les prédictions de notre article publié dans Applied Physics Letters l'année dernière. Des appareils plus performants continuent de sortir de nos laboratoires.
« Bien que le professeur Jena et moi-même avons formé la vision d'utiliser du gaz d'électrons bidimensionnel pour manipuler les ondes THz en 2006, il a fallu attendre Michelle, Lei et Berardi nous ont rejoint que ce travail était possible, ” Xing a ajouté.
