Terahertsivalon polarisaation nopeaa modulaatiota

Metapinnan valaiseminen laserilla voi mahdollistaa metapinnan läpi kulkevan terahertsivalon polarisaation nopean modulaation.

Fotoniset järjestelmät, joissa on sopiva vahvistus- ja hävikkitasapaino, voivat tietyissä olosuhteissa isännöidä poikkeuksellisia pisteitä (EP) – eksoottiseen optiseen käyttäytymiseen liittyviä erikoisuuksia järjestelmän spektrissä. Eri EP:illä on erilliset ominaisuudet, ja niiden välillä vaihtaminen ohjaa järjestelmän optista käyttäytymistä.

Nyt Tian Jiang Kiinan kansallisesta puolustusteknologian yliopistosta ja hänen työtoverinsa ovat käyttäneet EP:itä kääntämään metapinnan terahertsisäteilyn siirtoa edestakaisin oikean ja vasemman ympyräpolarisaation välillä. Suunnitellun metapinnan ansiosta kytkentä tapahtui pelkästään laseranturin intensiteetin säädöllä.

Tutkijat muotoilivat metapinnansa amorfisesta germaniumlevystä, jolle he asettivat joukon kullasta valmistettuja mikrometrisiä rakenteita. Jokainen elementti koostui tangon erottamasta parista erikokoisia neliömäistä jaettua rengasresonaattoria (SRR).

Kun terahertsisäteily osuu metapintaan se aiheuttaa elektronisia värähtelyjä resonaattoreissa ja tangoissa muodostaen kolme kytkettyä resonanssimoodia.

Germaniumin johtavuus on herkkä valolle. Säätämällä johtavuutta laserilla tutkijat muuttivat resonanssimoodien hävikkiä ja sitä kautta lähetettäviä terahertsien polarisaatioita.

Jiang ja hänen työtoverinsa laskivat järjestelmän polarisaation ominaistilat. Vertaamalla niitä terahertsisäteilyn taajuutta ja lasersondin intensiteettiä vastaan ​​paljasti EP-parin, joka vastasi oikean- ja vasemmanpuolisen ympyräpolarisaatioiden siirtymistä.

Tutkijat vahvistivat EP:iden olemassaolon ja havaitsivat, että ne voisivat vaihtaa EP:iden välillä muutamassa pikosekunnissa. Jiang ennakoi uuden metapinnan toimivan alustana EP-modulaation ja laajemmin ei-hermiittisen fysiikan tutkimiselle, jossa EP:t ovat paljon tutkittu ominaisuus.

Eräissä aiemmissakin tutkimuksissa tutkijat ovat hyödyntäneet poikkeuksellisten pisteiden potentiaalia fyysisten sovellusten edistämiseksi.

Yong-Chun Liun johtama tutkimusryhmä Tsinghuan yliopistosta Kiinasta käytti poikkeuksellista pistettä magneettikentän havaitsemiseen [2023]. Vaikka hermiittinen järjestelmä reagoi yleensä lineaarisesti tulosignaaliin, ei-hermiittinen järjestelmä tuottaa poikkeuksellisessa kohdassa tyypillisesti vasteen, joka on verrannollinen signaalin neliöjuureen.

Toisessa kokeessa Cheng-Wei Qiu Singaporen kansallisesta yliopistosta ja yhteistyökumppanit tutkivat suunnasta riippuvaa tai kiraalista lämpökuljetusta, johon liittyi poikkeuksellinen piste [2023]. Kiraalisuus löytää käytännön merkitystä sähkön, lämmön ja muiden määrien tehokkaan kuljetuksen helpottamisessa.

Nämä kaksi vanhempaa kokeellista tutkimusta ovat esimerkkejä poikkeuksellisten pisteiden hyödyllisyydestä luonnostaan hajaantuvissa järjestelmissä.

Tällainen teoreettinen ja kokeellinen kehitys voi johtaa avoimissa järjestelmissä uuteen fysiikkaan, jolla ei ole yhtäläisyyksiä suljetuissa järjestelmissä.

Aiheesta aiemmin: 

Metapinnan avulla terahertsilaseri

Synteettisiä ulottuvuuksia hyödyntämään