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采用 CMOS 技术实现的主动可调 THz 超材料阵列
Active Tunable THz Metamaterial Array Implemented in CMOS Technology Yongshan Liu 1,2,3 † , Tong Sun 1,2 † , Xiaojun Wu 4 *, Zhongyang Bai 4 , Yun Sun 1,3 , Helin Li 1,2 , Haoyi Zhang 1 , Kanglong Chen 4 , Cunjun Ruan 4 , Yuzu Sun 1,2 , Yuanqi Hu 1,2,3 , Tianxiao Nie 1,2,3 *, Lianggong Wen 1,2,3 * 1 School of Microelectronics, Beihang University, Beijing, 100191, China. 2 Beihang-Goertek Joint Microelectronics Institute, Qingdao Research Institute, Beihang University, Qingdao, 266000, China. 3 Hefei Innovation Research Institute, Beihang University, Hefei 230013, China. 4 School of Electronics and Information Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China. † These authors contributed equally to this paper. *Correspondence: Lianggong Wen Email: wenlg@buaa.edu.cn Tianxiao Nie Email: nietianxiao@buaa.edu.cn Xiaojun Wu Email: xiaojunwu@buaa.edu.cn Abstract
表面等离子体 - 腔杂种状态及其在Thz频率下的石墨烯调制
Los Alamos国家实验室是一项平权行动/均等机会雇主，由Triad National Security，LLC经营，为美国能源部国家核安全管理局根据合同89233218CNA000001运营。通过批准本文，出版商认识到，美国政府保留了不判有限定的免版税许可，以出版或复制已发表的此捐款形式，或者允许其他人出于美国政府的目的。洛斯阿拉莫斯国家实验室要求出版商根据美国能源部主持的工作确定这篇文章。Los Alamos国家实验室强烈支持学术自由和研究人员发表权；但是，作为一个机构，实验室并未认可出版物的观点或保证其技术正确性。
2 THz 固态辐射计的开发...
1 JET推进实验室，美国2巴黎观测站，法国勒马3辐射仪物理学GmbH，德国，星际培养基和行星大气都富含具有光谱旋转和振动签名的分子物种，这些分子在1-10 Thz频率范围内。在2.06 THz（145.525 um）处的原子氧（OI）发射是地面热层中两条最亮的发射线之一，已经从气球中观察到，声音发声和轨道平台[1]。Schottky二极管前端接收器已被证明2.5 THz [2]，具有二氧化碳甲醇气体激光振荡振荡器源。这使得可以在Cubesat或类似微型平台上部署的A2-THZ所有固态前端杂种接收器的开发。首先，我们将介绍2THZ前端接收器的初步开发，其第一电路迭代具有与以前的研究相似的平衡亚谐波混合器，以及Noise温度测量系统。其次，我们将讨论第二次迭代的进一步电路开发，包括一种新型的偏见亚谐波混合器。此混合器提供了一对反行的二极管，有利于在可用的功率和线路损失之间更好地折衷，并在[4]中部分解决。参考文献[1] K. U. Grossmann，M。Kaufmann和E. Gerstner，对下热层原子氧的全球测量，地球。res。Lett。，卷。 27，编号 9，1387-1390，2000。Lett。，卷。27，编号9，1387-1390，2000。[2] P. Siegel，R。Smith，M。Gaidis和S. Martin，“ 2.5-Thz Gaas Monolithic Membrane-Diode Mixer”，IEEE Trans。微量。理论技术，第1卷。47，否。5，pp。596–604，1999年5月。[3] E. Schlecht，Siles，J.V.，Lee，C.，Lin，R.，Thomas，B.，Chattopadhyay，G.，Mehdi，I。“ Schottky Diode基于基于室温的1.2 THz接收器，在室温下运行，在室内及下面，用于行星的大气音响” IEEEE EEEE EEEE EEE EEE TRANS。Terahertz Sci。Tech，第4卷，第4号6，2014年11月。[4] Jeanne Treuttel，B。Thomas，A。Maestrini，J.V.-Siles，C。Lee，I。Mehdi，“一款具有独立有偏见的Schottky Diodes的330 GHz Sub-Harmonic混合器”，国际太空Terahertz Technology在Terahertz Technology上，Terahertz Technology，Terahertz Technology，2012年4月，2012年4月，日本东京，日本。
使用THZ超材料生物传感器对皮肤癌的早期检测和定量分析
Terahertz成像为早期发现皮肤癌提供了巨大的潜力。这项研究引入了一种超物质单位细胞，该单元旨在在Terahertz（THZ）带中进行非侵入性接触性皮肤癌检测。传感器仅依赖于反射系数响应，从而在不需要复杂的信号处理的情况下对组织性质的细微变化提供了高度的敏感性。这种简单性可能会导致早期癌症检测的经济高效且直接实施。使用代表各种皮肤类型的3D模型进行模拟，包括正常皮肤，基底细胞癌（BCC）和黑色素瘤。使用双Debye模型确定样品的介电特性。模拟表明，超材料设计以1.15 THz的特定频率表现出双负材料特性。在皮肤接触和检测恶性肿瘤后，反射系数显示出向较低频率的转移。值得注意的是，黑色素瘤样品表现出最显着的转移，表明与BCC相比，癌症形式更严重。此外，观察到正常皮肤和恶性皮肤之间的共振频率的差异随样品的厚度增加。传感器在检测癌症厚度方面表现出很高的灵敏度，对于基底细胞癌（BCC）的灵敏度为9.25 GHz/µm，黑色素瘤的灵敏度为10.2 GHz/µm。这些发现强调了传感器在最早阶段检测皮肤癌的能力，无论其严重程度如何。此外，线性回归分析表明，BCC和黑色素瘤的共振频率与癌症厚度变化之间存在牢固的相关性，R2值分别为0.9948和0.9947。
针对水生病原体的 THz 检测优化 PCF 架构：增强水质监测
水生细菌对人体健康构成严重危害，因此需要一种精确的检测方法来识别它们。一种考虑到水生细菌危害的光子晶体光纤传感器已被提出，并且其在 THz 范围内的光学特性已被定量评估。PCF 传感器的设计和检查是在使用“有限元法”(FEM) 方法的程序 Comsol Multiphysics 中计算的。在 3.2 THz 工作频率下，所提出的传感器在所有测试情况下的表现都优于其他传感器，对霍乱弧菌的灵敏度高达 96.78%，对大肠杆菌的灵敏度高达 97.54%，对炭疽芽孢杆菌的灵敏度高达 97.40%。它还具有非常低的 CL，对于霍乱弧菌为 2.095 × 10 −13 dB/cm，对于大肠杆菌为 4.411 × 10 −11 dB/cm，对于炭疽芽孢杆菌为 1.355 × 10 −11 dB/ cm。现有架构有可能高效且可扩展地生产传感器，为商业应用打开大门。创新在于优化结构参数，以提高光纤对细菌存在的敏感性，从而改善太赫兹波和细菌细胞之间的相互作用。它针对细菌大分子吸收峰来提高灵敏度。局部场增强可能来自优化，它将 THz 振动集中在细菌相互作用更多的地方。通过改善散射，结构改变可以帮助通过细菌特征性的散射模式识别细菌。这些改进提高了传感器对痕量细菌的检测。这些因素结合起来可提高传感器对水生细菌的检测能力。在水环境中，这将带来更精确、更高效的检测，有助于实时监测细菌污染。这些发展可能会对公共卫生和水质控制产生重大影响。
28 THz soliton频率梳子中的连续波泵纤维Fabry-Pérot谐振器
和处理7，范围8，微波光子学9，双弯曲光谱学10和天文学光谱仪校准11。这些孤子作为Lugiato – Lefever方程的局部溶液12,13（LLE）出现，可以在具有高质量因素的谐振器中观察到。CSS的出现依赖于一侧异常的群体色散（GVD）和Kerr非线性之间的双重平衡，以及在另一侧的损耗和能量注入（通常是通过连续波（CW）激光泵）之间的双重平衡。由于它们的高质量因子和紧凑的设计（数百微米的空腔长度），微孔子在过去十年中引起了显着的注意力。De- spite these impressive performances, launching and collect- ing light in these resonators can be challenging, requiring ad- vanced fiber coupling devices such as a prism fiber taper 15 or advanced coupling methods for chip microresonators 16 , and while progresses on packaging are on going, it is still an ob- stacle for fiber applications.在谐振器中产生OFC的另一种方法是，在长度为117米的全纤维环腔中，其有效质量因子可以通过在腔体18中包括一个放大器来达到数百万。使用这些谐振器架构获得的光谱延伸到几个THZ上，几乎就像微孔子一样，但它们具有两个主要缺点。首先，线间距在MHz范围内，该范围限制了应用程序范围（主要在GHz范围14中），其次，它们不是Com-
通过小光学频率调谐控制和锁定量子级联激光频率梳
最近已经证明了Terahertz（THz）发射量子级联激光（QCL）梳子的全相控制，即使是最苛刻的应用，也为新的视角开辟了新的观点。在此框架中，简化控制这些设备的设置将有助于加速其在许多领域的传播。这项研究报告了一种使用非常简单的实验设置来控制THZ QCL梳子的发射频率的新方法，从而利用了普通的白色光发射二极管的不相干发射。在这些条件下可访问的略有扰动式允许调整半导体的复杂折射率，而不会破坏宽带激光增益。软执行器的表征并与另一个执行器（QCL驱动电流）进行了比较。显示了这种额外的自由度对于频率和thz QCL梳子的相位稳定的适用性，并讨论了观点。
太赫兹辐射能量通过水层传播：破坏活细胞中的肌动蛋白丝
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
低损失THZ波导及其朝着6G通信的潜力：简短的编年史评论
摘要 - 技术的预测已为Terahertz（THZ）频率范围打开了大门，该频率范围要在不同的领域应用于各种应用。未来的通信技术，尤其是6G，还将由于其较大的带宽具有实现高数据速率的能力，因此也将使用THZ频带。在对Terahertz传播介质的早期研究中出现了巨大的损失。至关重要的是，设计适当的波导，可以将THZ波有效地整合到系统中，并以最小的损失，并易于传输数据并克服自由空间损失问题。通信，传感和其他应用参数受传输损失的高度影响；因此，需要低传输损失和分散损失波导设计才能适当利用。在本文中，研究了在Terahertz频率范围内运行的不同类型的波导中传输损失减少的综述。还讨论了几类THZ波导的设计和实验设置，以最大程度地减少传输损失。审查研究表明，这些波导可能是未来6G通信的有希望的传输媒介。
超快相干 THz 晶格动力学与范德华反铁磁体 FePS3 中的自旋耦合
少原子层薄材料 [1–3] 的合成引发了大规模研究的火花，旨在操控其宏观特性。最近，二维磁有序材料也已生成。[4–7] 这些化合物的长程磁序似乎极易受到晶格畸变的影响，这是因为磁各向异性在稳定二维磁体中的长程有序方面发挥了作用。[8] 通过各种机制超快产生声子已被证明是在基本时间尺度上驱动和控制块体磁体自旋动力学的有力工具。[9–14] 这种途径也适用于范德华二维材料晶体，最近在铁磁 CrI 3 晶体中发现动态自旋晶格耦合就证明了这一点。 [15] 从自旋电子学角度来看，二维反铁磁体与铁磁体相比具有几个基本优势。主要优势在于基态更稳定，磁共振频率在 THz 范围内，比铁磁体高几个数量级。至关重要的是，反铁磁磁子与声子的耦合处于光学声子的能量范围内，这导致了最近有关二维反铁磁材料中杂化磁子-声子准粒子的报道。[16–20] 因此，光驱动的集体晶格模式具有在二维反铁磁体中光学控制长程磁序的潜力，这是基于已证实的可能性，即使光子能量远离其本征频率，也可以完全相干地驱动此类模式[21,22]，也基于它们与磁子的强耦合。在此背景下，过渡金属三硫属磷酸盐（MPX3，其中M = Ni、Fe、Mn、... 和X = S、Se）代表了一类有趣的范德华反铁磁体。[23–26] 虽然据报道在独立的 NiPS3 块体单晶中 [27] 可以产生光学磁振子，但这种材料缺乏可扩展性到二维极限。事实上，实验证明，NiPS3 的单原子层在磁排序上与 MnPS3 [28] 和 FePS3 [25] 并无不同。