Superfícies programáveis ​​à base de grafeno avançam imagens terahertz e comunicações 6G

Pesquisadores do Instituto Nacional de Grafeno da Universidade de Manchester introduziram uma nova classe de superfícies inteligentes reconfiguráveis ​​capazes de moldar dinamicamente as ondas terahertz (THz) e milímetro (mm). Detalhado em um artigo publicado em Comunicações da naturezaesse avanço supera barreiras tecnológicas de longa knowledge e pode abrir caminho para tecnologias sem fio 6G de próxima geração e sistemas de imagem não invasivos.

O avanço se concentra em um modulador de luz espacial ativo, uma superfície com mais de 300.000 pixels de comprimento de onda capaz de manipular a luz da THZ na transmissão e na reflexão.

Ao contrário dos moduladores anteriores, limitados a demonstrações em pequena escala, a equipe de Manchester integrou os moduladores THZ baseados em grafeno com matrizes de transistor de filme fino de grande área (TFT), permitindo controle de alta velocidade e programável sobre a amplitude e a fase da luz THZ nas áreas expansivas.

O professor Coskun Kocabas, professor de materiais de dispositivos 2D da Universidade de Manchester, comentou: “Desenvolvemos um novo método para controlar dinamicamente as ondas THZ em uma escala e velocidade sem precedentes. Ao integrar o grafeno optoeletrônico com as tecnologias avançadas de exibição TFT, agora podemos reconfigurar o complexo de ondas em tempo actual”.

A pesquisa demonstra vários recursos, incluindo padrões programáveis ​​de transmissão THZ, direção de feixe, holografia em escala de cinza e uma câmera THz de pixel única de prova de conceito. Essas funcionalidades são possíveis por meio de gatagem eletrostática ajustada de grafeno, um materials conhecido por suas propriedades elétricas e ópticas exclusivas nas frequências THz.

O co-autor Dr. M. disse que Ergoktas, agora professor da Universidade de Bathtub, acrescentou: “Nossos dispositivos operam ajustando as densidades de carga native em uma folha de grafeno contínua, permitindo o controle do nível de pixels sem a necessidade de padrão de grafeno. Essa arquitetura permite a fabricação escalável usando traslamentos de exibição comercial”.

A arquitetura de dispositivos da equipe também suporta direção de feixe dinâmico e geração de vigas THz estruturadas carregando momento angular orbitalprincipais recursos para sistemas avançados de comunicação THZ. Uma demonstração impressionante mostrou como um padrão de difração binário gerou vigas em forma de rosca com ordem de vórtice ajustável, útil na transmissão de dados multiplexada e na modelagem de feixe.

Além das comunicações, os pesquisadores exibiram uma câmera THZ de pixel única capaz de imagens, escondidos objetos metálicos, representando um avanço significativo para a inspeção não invasiva em segurança, monitoramento industrial e diagnóstico médico. Essa abordagem usa algoritmos de detecção de compressão para reconstruir imagens de padrões THz modulados, destacando a flexibilidade de sua plataforma programável.

“Até agora, os moduladores da THZ lutaram com escala e velocidade”, observou Kocabas. “Ao alavancar a tecnologia de exibição, demonstramos que é possível trazer esse campo de demonstrações em escala de laboratório a aplicativos do mundo actual”.

Os autores indicam que as próximas etapas envolvem aumentar as velocidades de modulação e estender esses sistemas para operar no modo de reflexão para imagens espectroscópicas completas. Trabalhos futuros também podem se concentrar na integração desta plataforma com sistemas avançados de formação de feixe e tecnologias sem fio 6G de próxima geração.