ได้มีการพัฒนาตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าเชิงแสงเทราเฮิร์ตซ์อัจฉริยะแบบแอคทีฟขึ้นมาได้สำเร็จแล้ว

เมื่อปีที่แล้ว ทีมของ Sheng Zhigao นักวิจัยจากศูนย์สนามแม่เหล็กสูง สถาบันวิทยาศาสตร์กายภาพเหอเฟย สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน ได้พัฒนาตัวปรับสัญญาณไฟฟ้าเชิงแสงเทราเฮิร์ตซ์แบบแอคทีฟและอัจฉริยะ โดยอาศัยอุปกรณ์ทดลองสนามแม่เหล็กสูงแบบสภาวะคงที่ งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร ACS Applied Materials & Interfaces

แม้ว่าเทคโนโลยีเทราเฮิร์ตซ์จะมีคุณสมบัติทางสเปกตรัมที่เหนือกว่าและมีโอกาสในการใช้งานที่กว้างขวาง แต่การประยุกต์ใช้ในทางวิศวกรรมยังคงถูกจำกัดอย่างมากจากการพัฒนาวัสดุเทราเฮิร์ตซ์และส่วนประกอบเทราเฮิร์ตซ์ ในบรรดาประเด็นเหล่านี้ การควบคุมคลื่นเทราเฮิร์ตซ์อย่างชาญฉลาดและต่อเนื่องด้วยสนามภายนอกถือเป็นทิศทางการวิจัยที่สำคัญในสาขานี้

โดยมุ่งเน้นทิศทางการวิจัยที่ล้ำสมัยของส่วนประกอบหลักของเทราเฮิร์ตซ์ ทีมวิจัยได้คิดค้นตัวปรับความเครียดเทราเฮิร์ตซ์โดยใช้กราฟีนซึ่งเป็นวัสดุสองมิติ [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)] ตัวปรับสัญญาณเทราเฮิร์ตซ์แบบบรอดแบนด์ที่ควบคุมด้วยแสงโดยใช้สารประกอบออกไซด์ที่มีความสัมพันธ์อย่างแน่นหนา [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)] และแหล่งกำเนิดเทราเฮิร์ตซ์แบบควบคุมด้วยแม่เหล็กความถี่เดียวแบบใหม่ที่ใช้โฟนอน [Advanced Science 9, 2103229(2021)] โดยเลือกใช้ฟิล์มวาเนเดียมไดออกไซด์ซึ่งเป็นสารประกอบออกไซด์อิเล็กตรอนที่มีความสัมพันธ์เป็นชั้นฟังก์ชัน ใช้การออกแบบโครงสร้างหลายชั้นและวิธีการควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้สามารถปรับการส่งผ่าน การสะท้อน และการดูดซับเทราเฮิร์ตซ์ได้อย่างหลากหลาย (ภาพ ก) ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า นอกเหนือจากการส่งผ่านและการดูดกลืนแล้ว การสะท้อนแสงและเฟสการสะท้อนยังสามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยสนามไฟฟ้า โดยที่ความลึกของการปรับเปลี่ยนการสะท้อนสามารถเข้าถึง 99.9% และเฟสการสะท้อนสามารถปรับได้ถึงประมาณ 180 องศา (ภาพ ข) ที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้น เพื่อให้สามารถควบคุมคลื่นเทราเฮิร์ตซ์ด้วยไฟฟ้าอย่างชาญฉลาด นักวิจัยได้ออกแบบอุปกรณ์ที่มีวงจรป้อนกลับแบบ “เทราเฮิร์ตซ์ – ไฟฟ้า – เทราเฮิร์ตซ์” ที่แปลกใหม่ (ภาพ ค) โดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของเงื่อนไขเริ่มต้นและสภาพแวดล้อมภายนอก อุปกรณ์อัจฉริยะนี้สามารถเข้าถึงค่าการปรับเปลี่ยนคลื่นเทราเฮิร์ตซ์ที่ตั้งไว้ (ที่คาดหวัง) ได้โดยอัตโนมัติในเวลาประมาณ 30 วินาที

(ก) แผนภาพโครงร่างของตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติกอ้างอิงจาก VO2

(ข) การเปลี่ยนแปลงของค่าการส่งผ่านแสง ค่าการสะท้อนแสง ค่าการดูดกลืนแสง และเฟสการสะท้อนแสง เมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

(ค) แผนภาพแสดงการควบคุมอัจฉริยะ

การพัฒนาเทราเฮิร์ตซ์แบบแอคทีฟและอัจฉริยะตัวปรับสัญญาณอิเล็กโทรออปติกงานวิจัยนี้ซึ่งอิงตามวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้อง นำเสนอแนวคิดใหม่สำหรับการควบคุมอัจฉริยะในย่านความถี่เทราเฮิร์ตซ์ งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนจากโครงการวิจัยและพัฒนาหลักแห่งชาติ มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ และกองทุนบริหารห้องปฏิบัติการสนามแม่เหล็กสูงของมณฑลอานฮุย