Cercetătorii transformă siliciul fragil într-un metamaterial flexibil pentru teraherți
O echipă de cercetători de la Institutul de Cercetare Industrială din Osaka (ORIST), în colaborare cu Universitatea din Osaka și Universitatea Tohoku, a dezvoltat un material din siliciu flexibil și extensibil, a cărui reacție la undele teraherților poate fi reglată mecanic. Rezultatele au fost publicate în revista Optica.
Undele teraherț, cu frecvențe situate între cele ale microundelor și cele ale luminii, au potențial în inspecția materialelor și în viitoarele comunicații wireless. Siliciul este utilizat pentru fabricarea componentelor optice cu pierderi reduse în benzile teraherț, însă aceste componente sunt rigide și se pot sparge ușor la impact mecanic.
Arcuri spirale care fac siliciul flexibil
„Cheia a fost să construim flexibilitatea direct în structura siliciului”, a declarat dr. Hidemasa Yamane, cercetător principal la ORIST. „Arcurile minuscule permit structurii să se îndoaie și să se întindă, iar aceeași rețea de siliciu asigură și funcționalitatea optică pentru undele teraherț.”
Folosind tehnici de fabricație a sistemelor microelectromecanice (MEMS), cercetătorii au gravat goluri în formă de spirală printr-o foaie de siliciu de 200 µm grosime, formând brațe de arc cu lățimea de aproximativ 10 µm. Structura rezultată este auto-susținută și nu necesită suport din polimer sau metal. Indicele de refracție efectiv, determinat de proporțiile relative și de aranjamentul siliciului și al aerului, poate fi modificat prin deformare.
Întinderea modifică răspunsul la teraherți
„Când tragem de structură, golurile dintre brațele de siliciu se lărgesc”, a explicat Yamane. „Creșterea proporției de aer reduce indicele de refracție efectiv. Putem astfel modifica întârzierea de fază a undelor teraherț prin variația gradului de întindere a structurii.”
Spectroscopia în domeniul timpului pentru teraherți a arătat că alungirea structurii cu 12,6% a redus indicele de refracție efectiv cu aproximativ 6% pentru polarizarea perpendiculară pe direcția de întindere. Pentru polarizarea paralelă cu această direcție, reducerea a fost de 8%. Aceste răspunsuri diferite arată că deformarea poate regla birefringența materialului, definită ca diferența dintre indicii de refracție efectivi pentru cele două polarizări.
„Deformarea mecanică deschide o nouă cale pentru fotonica siliciului în domeniul teraherț”, a declarat profesorul Masayuki Fujita de la Universitatea Tohoku și Universitatea din Osaka. „Studii suplimentare vor duce la dezvoltarea de circuite integrate teraherț reglabile folosind tehnologia MEMS.”
