提出了一种基于氧化铟锡 (ITO) 超材料的可调谐太赫兹 (THz) 吸收体。通过飞秒激光直接刻蚀制作了具有不同臂长的上层 ITO 十字形超表面。中间介电层厚度仅为 60 μm,使吸收体具有很好的透明性和柔性。实验结果表明,THz 谐振峰在 1 THz 附近具有很高的性能。通过在中间层和 ITO 镜之间设置不同厚度的垫片,提出了一种新型的可调谐 THz 吸收体。其吸收峰频率可在 TE 和 TM 偏振之间从 0.92 到 1.04 THz 连续调节。这种透明 THz 超材料吸收体有望广泛应用于 THz 成像、传感和生物检测等。关键词:可调谐太赫兹吸收体;透明超材料;柔性超材料。 doi:10.3788/COL202018.092403。
1 北京航空航天大学微电子学院、北京大数据与脑计算高精尖创新中心费尔特北京研究所,北京 100191,中国 2 中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心,四川成都 610200,中国 3 中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳 621999,中国 4 中国科学院物理研究所、北京凝聚态物理国家实验室,北京 100190,中国 5 中国科学院大学物理科学学院,北京 100049,中国 6 松山湖材料实验室,广东东莞 523808,中国 7 济南大学自旋电子学研究所,山东济南 250022,中国
近几十年来,随着太赫兹 (THz) 光源的发展,工业和医学应用相继被提出。此外,THz 辐射对人体健康的毒性也引起了在此频率区域工作的研究人员的浓厚兴趣 1 。两个项目,欧洲 THz-BRIDGE 和 SCENIHR 的国际 EMF 项目 2 ,总结了近期有关 THz 辐射对人体影响的研究。例如,THz 波对 DNA 稳定性产生非热影响 3 – 5,这可能导致人类淋巴细胞的染色体畸变 6 。还证明了小鼠皮肤中伤口反应基因的转录激活 7 和人造人体 3D 皮肤组织模型 8 中的 DNA 损伤。大多数研究集中在上皮和角膜细胞系,因为在这个频率区域液态水的强烈吸收下,THz 光子在组织表面被完全吸收。但是,如果将 THz 辐射转换为可以传播到水中的另一种能量流,THz 波的照射可能会对组织内部造成损伤。事实上,THz 光子能量一旦被体表吸收,就会转换为热能和机械能。我们最近观察到 THz 脉冲在液态水表面产生冲击波 9 。产生的冲击波可以传播几毫米深。类似的现象也可能发生在人体上。THz 诱导的冲击波会对生物分子产生机械应力并改变其形态。THz 辐射的这种间接影响尚未被研究过。为了揭示 THz 诱导的冲击波对生物分子的影响,我们重点研究了肌动蛋白的形态。肌动蛋白有两种功能形式,单体球状 (G)-肌动蛋白和聚合丝状 (F)-肌动蛋白。肌动蛋白丝形成复杂的细胞骨架网络,在细胞形状、运动和分裂中起着至关重要的作用 10 。使用肌动蛋白的一个优点是,我们可以很容易地从组织中获得足够的纯化 G- 肌动蛋白 11 ,以重建体外聚合反应。肌动蛋白丝可以通过用硅-罗丹明 (SiR)-肌动蛋白染色直接在荧光显微镜下观察 12 。由于肌动蛋白在正常和病理细胞功能中起着关键作用,包括转录调控、DNA 修复、癌细胞转移和基因重编程 13 - 16 ,各种化合物和调节蛋白已被分析用于研究和治疗目的 17 。在这项研究中,我们调查了 THz 诱导的冲击波对肌动蛋白丝的影响
自从古列尔莫·马可尼发明无线电报以来,使用无线电波的技术已经彻底改变了我们的日常生活以及整个社会。只需看看人们随身携带的智能手机,就可以看出这项技术如何使我们受益。说到智能手机,5G(第五代移动通信系统)服务于今年在日本启动,研究机构已在制定超越 5G 甚至更先进系统的开发计划。太赫兹波段是一个几乎未开发的频带,现在受到了广泛关注。频率从 100 GHz 到 10 THz(换算成波长为 3 mm 到 30 μm),人们可能会问:我们为什么需要这么高的频率?此外,这个波段是如何研究和标准化使用的?为了寻找这些问题及更多问题的答案,我们采访了太赫兹技术研究中心主任 HOSAKO Iwao 和在同一中心从事标准化工作的小川宏世 (OGAWA Hiroyo)。
这是以下文章的已接受版本:Pitchappa, P., Kumar, A., Liang, H., Prakash, S., Wang, N., Bettiol, A. A., ... Singh, Ranjan. Frequency‑agile temporary terahertz metamaterials. Advanced Optical Materials, 8(12), 2000101‑. doi:10.1002/adom.202000101,已在 10.1002/adom.202000101 以最终格式发布。本文可根据 Wiley 自存档政策 [https://authorservices.wiley.com/authorsresources/Journal‑Authors/licensing/self‑archiving.html] 用于非商业用途。
这是以下文章的已接受版本:Pitchappa, P., Kumar, A., Liang, H., Prakash, S., Wang, N., Bettiol, A. A., ... Singh, Ranjan. Frequency‑agile temporary terahertz metamaterials. Advanced Optical Materials, 8(12), 2000101‑. doi:10.1002/adom.202000101,已在 10.1002/adom.202000101 以最终格式发布。本文可根据 Wiley 自存档政策 [https://authorservices.wiley.com/authorsresources/Journal‑Authors/licensing/self‑archiving.html] 用于非商业用途。
太赫兹辐射介于红外和微波之间,最常见的频率范围是 0.1 THz 至 10 THz [1]。由于缺乏有效的、在室温下工作的、紧凑的、成本高效的光源和探测器,太赫兹是整个电磁辐射谱中研究最少的范围之一,直到 20 世纪 80 年代才开始被探索。自过去几十年以来,太赫兹辐射谱引起了研究人员的注意。该辐射范围的具体特征包括非电离、非侵入性、在水中的高吸收率和弥散性(水是生物组织的主要成分)。除了国防应用 [2、3] 和危险物质检测 [4-6] 之外,太赫兹辐射对医学诊断也非常有用 [7]。亚毫米波长最重要的特性是尚未发现其对人体组织有任何负面影响 [8-11]。在医学应用中,这种类型的辐射可用于检测乳腺癌和皮肤癌 [ 12 - 16 ]、研究引入血液循环的标记物,甚至用于分析人眼的角膜 [ 17 , 18 ]。在开发可在大量患者身上测试的设备时,太赫兹辐射的无创性非常重要,它比基于电离辐射的传统方法更具成本效益,诊断也更安全。水分子会强烈衰减太赫兹辐射,因此所研究的生物样本必须很薄或放在由水组成的材料表面。透射配置是可能的,但是它需要准备类似于组织病理学的生物样本,这在活体患者中是不可接受的。因此,反射配置是必要的,我们的研究重点将放在皮肤组织上。这项工作的主要目的是将先进的衍射光学元件 (DOE) 应用于太赫兹发射器和检测器装置。对比健康和癌变皮肤的光学特性可以区分危及生命的病变。由于太赫兹扫描的分辨率有限(波长相对较长),医生的检查无法替代,但这种设备在预防护理中非常有用。我们的目标是设计和制造薄型 DOE,这将使太赫兹皮肤扫描仪更加紧凑和实用。我们提出了一种基于利用的新颖方法,该方法是该领域的新方法
在太赫兹 (THz) 频段工作的电磁纳米网络正在成为一种有前途的技术,用于支持各种纳米级应用。在这种尺度下,使用电池在许多情况下是不可行的,因此纳米节点预计只使用依赖能量收集的电容器来工作。这将导致能量存储容量受限且充电速率不可预测,进而导致纳米节点的非周期性间歇性开关行为。这种模式目前在很大程度上尚未被探索,因此很难断言可实现的网络可靠性。为了提供初步见解,我们研究了在接收纳米节点间歇性开关行为的情况下,单跳下行链路广播场景中纳米级 THz 通信的可靠性。我们这样做是因为我们相信可靠的通信与软件控制的超材料应用高度相关。我们的结果表明,需要智能选择能级来打开和关闭无电池纳米节点。此外,也许与直觉相反,我们证明数据包的重复会大大降低所考虑的纳米网络的可靠性。
电磁频谱的太赫兹频段最近在公众中主要与“裸扫描仪”的话题联系在一起,这种联系与其说是从技术创新的角度,不如说是从技术创新的角度空中交通中可能侵犯隐私安全的事件引起了轰动。这些与安全相关的应用主要位于太赫兹频段的下端,从 0.3 THz 到 10 THz(1 THz = 1,000,000,000,000 Hz),或者以波长表示,从 1 mm 到 30 µm,而且,只有太赫兹辐射商业用途不断增加的最引人注目的领域。人们对使用过去因不可用而与经常引用的术语“太赫兹间隙”[1]相关的频段越来越感兴趣,促使 PTB 审查该领域的计量状况,以批判性地审查并启动满足科学和工业未来要求的研究工作。重点是提高准确性和可靠性,并将太赫兹测量技术追溯到 SI 系统的单位——PTB 的核心业务。因此,PTB执行委员会2007年的规划规范指出:“超越现有的跨部门方法,例如玻尔兹曼项目和阿伏加德罗项目