Терахерц (ТХз) технологија је корисна у апликацијама као што су биомедицинско снимање, телекомуникације и напредни системи сензора. Међутим, због јединствене природе електромагнетних таласа у опсегу од 0.1 до 10 терахерца, било је тешко развити компоненте високих перформанси које показују прави потенцијал терахерц технологије. Чак и дизајн делова без компоненти, као што су филтери и апсорбери, остаје велики изазов.
На срећу, пораст метаматеријала може довести до иновативних решења за ове проблеме. Захваљујући напретку у технологији производње и обраде, сада је могуће произвести дводимензионалне (2Д) узорковане микроструктуре са јединственим електромагнетним својствима у терахерцном опсегу, омогућавајући невиђену контролу сигнала на овим фреквенцијама.
Иако су различити 2Д метаматеријали (или "хиперповршине") предложени за материјале који апсорбују таласе, већина њих и даље има озбиљна ограничења. Уобичајени проблем је да када су структурни начини материјала који апсорбује хиперповршину идентификовани и произведени, његова електромагнетна својства су фиксирана.
Ова неподесивост ограничава могуће примене таквих уређаја. С друге стране, иако постоје подесиви хиперповршински апсорбери на бази метала, употреба танких металних слојева се не препоручује. Ово је због неколико недостатака, као што су потешкоће у изради потребних структура и лоше перформансе због својстава својстава метала.
У том контексту, тим др. Венхан Цаоа на Шангајском универзитету науке и технологије развио је нови подесиви метаповршински апсорбер базиран на угљенику са ултра широким подесивим пропусним опсегом у терахерцном опсегу. Ово истраживање које је режирао др Венхан Цао недавно је објављено у Адванцед Пхотоницс Некус.
"Језгро апсорбера користи графен и графитне микроструктуре као резонаторе и графитне слојеве као површине које рефлектују леђа." Др Венхан Цао објашњава: „Подјединице које се понављају (или 'ћелије') у овом терахерц метаповршинском апсорберу су стратешки дизајниране да оптимизују ефикасност апсорпције на основу четири главна фактора: геометрије, особина материјала, осетљивости поларизације и механизма подешавања.
Што се тиче геометрије, апсорбер се састоји од три танка слоја. Горњи слој је проводљиви слој са узорком који садржи концентричне графитне прстенове међусобно повезане графенским жицама; други слој је једноставан диелектрик који помаже у расипању нежељених електромагнетних таласа; а трећи слој је апсорбујући слој који спречава терахерц таласе да продре директно кроз уређај, чиме се максимизира ефикасност апсорпције.
Избор материјала и геометријски дизајн апсорбера су оптимизовани нумеричком анализом и симулацијом, што доприноси његовој изузетној апсорпцији у терахерцном опсегу. Важно је напоменути да је кључна особина предложеног апсорбера његова прилагодљивост, која произилази из подесивих нивоа Фермијеве енергије. Овај параметар је кључан у материјалима и технологији полупроводника јер одређује дистрибуцију електрона на различитим нивоима енергије.
Применом напона на слој графена, могуће је променити ниво Фермијеве енергије и тако лако фино подесити пропусни опсег апсорпције. Др Венхан Цао је нагласио: „На нивоу Фермијеве енергије од 1 еВ, предложени апсорбер може постићи запањујуће широк пропусни опсег од 8,99 ТХз, пружајући више од 90% апсорпције у опсегу фреквенција од 7,24 до 16,23 ТХз, са два различита резонантна врха на 8,35 ТХз и 14,70 ТХз."
Још једна значајна предност предложеног дизајна је његова неосетљивост на угао поларизације упадног зрачења. Употреба концентричних кругова у ћелији апсорбера природно даје ово повољно својство. Круг, који је савршено симетричног облика, омогућава апсорберу да одржи високу стопу апсорпције под угловима до 50 степени.
Укратко, многе предности предложеног дизајна у комбинацији са његовом једноставношћу представљају прави пробој у терахерц технологији." Предложени апсорбер нуди ултра танку, једноставну структуру без метала са широким подесивим опсегом апсорпције при малој дебљини, што у великој мери побољшава његову применљивост Ове предности надмашују друге пријављене апсорбере.
У блиској будућности, терахерц уређаји ће постати део свакодневне технологије, посебно у областима као што су медицина и комуникације, као и областима које су више оријентисане на истраживање као што су наука о материјалима и биологија.
