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未来的通信设备可以从太赫兹波和石墨烯中大大提高效率

在一项新发表的研究中,圣母大学的科学家们已经证明,用石墨烯薄层操纵太赫兹电磁波是可能的

人们每天都在使用电磁能......看电视,收听收音机,用微波炉砸玉米,拍摄X光片或使用手机

这种能量以波浪的形式传播,波浪广泛用于电子和无线设备中

目前正在研究的电磁频谱最热门领域之一是太赫兹(THz)系列

位于微波和光学频率之间的太赫兹波为日常生活中的各种应用提供了改进的性能

例如,THz波可以携带比通信设备的无线电/微波更多的信息

它们还提供比微波更高分辨率的医学和生物图像,同时提供比X射线更小的潜在危害

圣母大学的研究人员表明,有可能用原子级薄的石墨烯层有效地操纵太赫兹电磁波

这项成就最近在Nature Communications上发布,为在太赫兹频段运行的紧凑,高效和具有成本效益的设备和系统的开发奠定了基础

“太赫兹技术承诺的一个主要障碍是缺乏有效的材料和设备来操纵这些能量波,”巴黎圣母院电气工程系的研究生Berardi Sensale-Rodriguez说

“具有对THz波有强烈和可调谐响应的自然二维材料 - 例如,石墨烯 - 使我们有机会设计太赫兹设备,实现前所未有的性能

”太赫兹团队 - 研究生Sensale-Rodriguez,Rusen Yan,Kristof Tahy和田芳;研究助理教授Michelle M. Kelly,通过纳米科学技术中心(NDnano)和刘磊,与Notre Dame的高级诊断和治疗学(AD&T)合作;访问研究助理教授Wan Sik Hwang,与中西部纳米电子发现研究所(MIND);副教授Debdeep Jena和John Cardinal O'Hara,C.S.C

,副教授Huili(Grace)Xing--展示了基于石墨烯的THz调制器的概念原型的第一个证明,这是一种仅通过石墨烯中的带内跃迁实现的器件

石墨烯是一种原子厚度的半导体材料,具有良好的电气,机械和热性能,最近推出了快速晶体管,柔性/透明电子器件,光学器件和现在的太赫兹有源元件

“自2004年以来,石墨烯一直被吹捧为发现新的,以及证明/纠正现有的物理现象的理想平台,”邢说

“这就是英国两位物理学家Andre Geim和Konstantin Novoselov在2010年获得诺贝尔奖

然而,迄今为止,很少有石墨烯的实际应用

使用石墨烯来操纵太赫兹波是这样的应用之一

这篇“自然通讯”论文记录了我们去年在应用物理快报上发表的论文中实现预测的第一次实验性努力

性能更佳的设备继续从我们的实验室推出

“虽然Jena和我教授在2006年形成了使用二维电子气来操纵THz波的愿​​景,但直到Michelle,Lei和Berardi加入我们这件事才有可能,”Xing补充道

这项研究得到了美国国家科学基金会和海军研究办公室以及MIND,NDnano和AD&T的支持

资料来源:Notre Dame大学William G. Gilroy图片:圣母大学

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