Araştırmacılara göre çalışma, ışığı ve potansiyel olarak iletişimi daha iyi üretmek, kontrol etmek ve algılamak için optoelektronik teknolojileri geliştirebilir. Mikrodalgalar ve kızılötesi dalgalar arasındaki frekanslarda bulunan THz dalgalarını kontrol etmenin bir yolunu gösterdiler. Bu başarı, yüksek hızlı iletişim ağları için '5G'nin ötesinde' kablosuz teknolojinin geliştirilmesine katkıda bulunabilir.
Zayıf ve güçlü etkileşimler
Işık ve madde çiftleşebilir, farklı seviyelerde etkileşime girebilir: zayıf olarak, ilişkili olabilecekleri ancak birbirlerinin bileşenlerini değiştirmedikleri yerlerde; veya kuvvetlice etkileşimlerinin sistemi temelden değiştirebileceği yer. Kuplajın nasıl zayıftan güçlüye ve tekrar geri döndüğünü kontrol etme yeteneği, gelişen optoelektronik cihazlar için büyük bir zorluk olmuştur - araştırmacıların şimdi çözdüğü bir zorluk.
Manchester Üniversitesi'nde 2D cihaz malzemeleri profesörü olan ortak yazar Coşkun Kocabaş, “Geometrik nesnelerin özelliklerini inceleyen bir matematik dalı olan topoloji kavramlarını kullanan yeni bir optoelektronik cihaz sınıfını gösterdik” dedi. "İstisnai nokta tekillikleri kullanarak, topolojik kavramların, terahertz ışığını manipüle etmenin yeni yollarını sağlayan optoelektronik cihazları tasarlamak için kullanılabileceğini gösteriyoruz."
İstisnai noktalar, spektral tekilliklerdir - açık bir sistemdeki herhangi iki spektral değerin birleştiği noktalar. Penn State'de mühendislik bilimi ve mekanik doçenti olan ortak yazar Şahin K. Özdemir'e göre, şaşırtıcı olmayan bir şekilde, son derece hassaslar ve sistemdeki en küçük değişikliklere bile yanıt vererek, merak uyandıran ancak arzu edilen özellikleri ortaya koyuyorlar.
Penn State Malzeme Araştırma Enstitüsü'ne bağlı olan Özdemir, "İstisnai bir noktada, sistemin enerji ortamı önemli ölçüde değiştirilir, bu da boyutsallık ve çarpık topoloji ile sonuçlanır" dedi. “Bu da sistemin düzensizliklere tepkisini arttırır, durumların yerel yoğunluğunu değiştirir ve spontan emisyon oranlarının artmasına yol açar ve çok sayıda fenomene yol açar. İstisnai noktaların kontrolü ve bu noktalarda meydana gelen fiziksel süreçler, daha iyi sensörler, görüntüleme, lazerler ve çok daha fazlası için uygulamalara yol açabilir.”
Platform bileşimi
Araştırmacıların geliştirdiği platform, alttan yansıtıcı bir ayna oluşturan altın folyo kapı elektrotlu grafen bazlı ayarlanabilir THz rezonatörden oluşuyor. Bunun üzerinde, elektrotlarla kitap uçlu bir grafen tabakası, ayarlanabilir bir üst ayna oluşturur. Uçucu olmayan bir iyonik sıvı elektrolit tabakası, aynalar arasında oturur ve uygulanan voltajı değiştirerek üst aynanın yansıtıcılığının kontrol edilmesini sağlar. Cihazın ortasında, aynaların arasında, sütte yaygın olarak bulunan bir şeker olan alfa laktoz molekülleri bulunur.
Sistem iki ayarlayıcı tarafından kontrol edilir. Biri, boşluğun uzunluğunu değiştirmek için alt aynayı yükseltiyor - sistem için sabit sayıda osilatör görevi gören organik şeker moleküllerinin kolektif titreşim modları ile ışığı birleştirmek için rezonasyon frekansını ayarlıyor. Diğer ayarlayıcı, üst grafen aynaya uygulanan voltajı değiştiriyor - grafenin yansıtıcı özelliklerini değiştirerek enerji kaybı dengesizliklerini bağlantı gücünü ayarlamak için değiştirir. Hassas, ince ayar, zayıf bir şekilde bağlanmış terahertz ışığını ve organik molekülleri güçlü bir şekilde eşleşecek şekilde kaydırır ve bunun tersi de geçerlidir.
Özdemir, "İstisnai noktalar, terahertz ışığının zayıf ve güçlü bağlantı rejimleri ile kolektif moleküler titreşimler arasındaki geçiş noktasıyla örtüşüyor" dedi.
Bu tekillik noktalarının tipik olarak iki optik mod, elektronik mod veya akustik mod gibi benzer modların veya sistemlerin birleştirilmesinde incelendiğini ve gözlemlendiğini kaydetti.
Kocabaş, "Bu eser, farklı fiziksel kökenlere sahip iki modun birleştirilmesinde istisnai noktaların ortaya çıktığı ender durumlardan biridir." Dedi. "İstisnai noktaların topolojisi nedeniyle, terahertz ışığının büyüklüğünde ve fazında, yeni nesil THz iletişimlerinde uygulamalar bulabilecek önemli bir modülasyon gözlemledik."
THz spektrumunda emsalsiz faz modülasyonu
Araştırmacılar voltaj uygulayarak ve rezonansı ayarladıkça, sistemi istisnai bir noktaya ve ötesine taşıyorlar. İstisnai noktadan önce, bu noktada ve ötesinde, sistemin geometrik özellikleri - topolojisi - değişiyor.
Böyle bir değişiklik, bir dalganın THz alanında yayılırken ve etkileşime girerken nasıl değiştiğini açıklayan faz modülasyonudur. Araştırmacılar, THz dalgalarının fazını ve genliğini kontrol etmenin teknolojik bir zorluk olduğunu, ancak platformlarının benzeri görülmemiş düzeyde faz modülasyonu gösterdiğini söyledi. Araştırmacılar, sistemi istisnai noktalardan ve ayrıca istisnai noktaların etrafındaki farklı yönlerde döngüler boyunca hareket ettirdi ve değişiklikler yoluyla nasıl tepki verdiğini ölçtü. Sistemin ölçüm noktasındaki topolojisine bağlı olarak, faz modülasyonu sıfırdan dört büyüklük daha büyük olabilir.
İlk yazar M. Said Ergöktaş, “Cihazı, yansıma topolojisi üzerinde elektriksel kontrol sağlayan istisnai bir noktadan elektriksel olarak yönlendirebiliriz” dedi. "Bu devasa modülasyonları ancak sistemin topolojisini elektronik olarak kontrol ederek başarabiliriz."
Araştırmacılara göre, grafen tabanlı platformun sağladığı istisnai bir nokta etrafındaki hafif madde etkileşimlerinin topolojik kontrolü, topolojik optoelektronik ve kuantum cihazlardan fiziksel ve kimyasal süreçlerin topolojik kontrolüne kadar çeşitli potansiyel uygulamalara sahiptir.
0 Yorumlar