Les ondes Terahertz (THz) sont situées entre les micro-ondes et la lumière infrarouge dans le spectre électromagnétique. Ils peuvent passer à travers de nombreux matériaux sans causer de dommages, ce qui les rend utiles pour la numérisation de sécurité, l'imagerie médicale et la communication sans fil à grande vitesse. Contrairement aux ondes de lumière ou de radio visibles, les ondes THz peuvent révéler des détails structurels de molécules biologiques et pénétrer des objets non métalliques comme les vêtements et le papier.
Les ondes THz sont très prometteuses, mais pour les exploiter efficacement, leur polarisation (la direction dans laquelle les ondes vibrent) doivent être contrôlées. Le contrôle de la polarisation est crucial pour optimiser les applications THz, de l'amélioration de la transmission des données à l'amélioration de l'imagerie et de la détection.
Malheureusement, les méthodes de contrôle de polarisation THz existantes reposent sur des composants externes volumineux comme les plaques d'onde ou les métamatériaux. Ces solutions sont souvent inefficaces, limitées à des gammes de fréquences étroites et inadaptées aux appareils compacts. Pour surmonter ces limites, les chercheurs ont exploré des approches pour contrôler la polarisation THz directement à la source.
Comme indiqué dans Photonique avancéedes chercheurs de l'Université de Beihang, en Chine, ont récemment développé un émetteur THz spinstron avec un modèle de rayures à l'échelle microscopique qui permet la modulation de la chiralité pendant la génération d'ondes THz. Contrairement aux sources THZ traditionnelles qui reposent sur des composants optiques externes, cet émetteur intègre un réglage de polarisation directement dans sa conception, rationalisant la technologie et améliorant ses capacités.
L'émetteur comprend des couches à couches minces de tungstène, de cobalt-fer-boron et de platine. Lorsqu'elle est exposée à des impulsions laser ultra-rapides, le matériau génère un courant de rotation, qui est converti en charge électrique à travers l'effet inverse de la salle de spin.
Le motif de rayures à l'échelle de l'émetteur modifie la distribution des charges, formant un champ électrique intégré qui influence l'amplitude et la phase des ondes THz émises. En concevant différentes arrangements de rayures, les chercheurs ont obtenu un réglage précis de polarisation sans composants optiques externes.
Le simple fait de tourner l'émetteur permet une commutation flexible et efficace entre les états de polarisation linéaire, elliptique et circulaire. De manière critique, l'appareil maintient une polarisation circulaire de haute qualité avec une ellipticité supérieure à 0,85 sur une large gamme de fréquences de 0,74 à 1,66 THz, démontrant son efficacité dans le contrôle de polarisation à large bande.
Pour valider l'efficacité de leur émetteur à motifs, l'équipe de recherche a fabriqué et testé sept conceptions différentes, chacune avec un rapport d'aspect de bande unique. En utilisant la spectroscopie du domaine temporel THz, ils ont mesuré l'impact de différents modèles sur la polarisation THz émise.
Les résultats ont confirmé que des rapports d'aspect à rayures plus importants produisaient des champs électriques intégrés plus forts, entraînant un plus grand contrôle sur la polarisation. Les configurations d'émetteur avec un grand rapport d'aspect ont généré avec succès des ondes THz avec une polarisation accordable, et en ajustant les angles d'azimut du motif de rayures, les chercheurs ont atteint une commutation précise entre la polarisation circulaire gauche et droite. Ce niveau de contrôle intégré dans un seul dispositif représente un progrès significatif par rapport aux sources THz traditionnelles.
Cette innovation promet de révolutionner les champs de la communication sans fil, où elle peut doubler les taux de transmission de données par le multiplexage de polarisation, à l'imagerie biomédicale, où elle peut permettre un diagnostic plus précoce de la maladie grâce à une détection de biomolécule plus précise. De plus, la sensibilité accrue de la mesure accordée par cette technologie pourrait entraîner des percées dans la recherche fondamentale dans des domaines tels que l'optique quantique et la détection de précision.
La conception compacte et efficace de cet émetteur spinstronic est parfaitement adaptée à l'intégration sur puce, une étape cruciale vers la réalisation de dispositifs THz évolutifs et rentables pour les applications du monde réel. Les recherches futures se concentreront sur le raffinement du contrôle sélectif de la fréquence de l'émetteur, ouvrant d'autres possibilités pour les systèmes photoniques et sans fil avancés.
Cette percée représente un bond en avant significatif pour la technologie THz, rapprochant le potentiel transformateur de cette région sous-utilisée du spectre électromagnétique de la réalité.
