Создана электрически настраиваемая метаповерхность для терагерцовой голографии в реальном времени

Исследователи разработали инновационную метаповерхность, которая позволяет динамически управлять терагерцовыми волнами с помощью электрического тока. Это открывает путь к созданию систем голографического изображения и шифрования, работающих в реальном времени.

Терагерцовый диапазон электромагнитного спектра перспективен для высокоскоростной беспроводной связи, медицинской визуализации и передового шифрования. Однако управление этими волнами долгое время оставалось сложной технической задачей.

Команда под руководством доктора Линь Чэня и профессора Даньюань Лея из Университета науки и технологий Шанхая и Городского университета Гонконга создала метаповерхность с конструкцией «микролестницы». Её «перила» представляют собой проводящие золотые провода, а «ступеньки» содержат небольшие промежутки из диоксида ванадия (VO₂).

Предложенная метаповерхность «микролестница» обладает терагерцовым откликом, которым можно управлять электрически, что делает её идеальной для голографической визуализации и шифрования в реальном времени. Автор: Ma, Fan, et al., DOI: 10.1117/1.AP.7.6.066003.

Уникальность диоксида ванадия заключается в его способности обратимо переходить из изолирующего состояния в металлическое при относительно низкой температуре около 68 °C. При пропускании тока через провода происходит резистивный нагрев, вызывающий этот переход, что позволяет динамически модулировать терагерцовый отклик каждого элемента структуры.

Используя комбинацию динамических и статических пикселей, исследователи продемонстрировали, как можно голографически закодировать в метаповерхности символ. Для его считывания необходимо подать ток на метаповерхность и наблюдать, как она пропускает терагерцовые волны, используя систему фокальной плоскостной визуализации.

«С нашей метаповерхностью „микролестница“ время динамического отклика для переключения голографических изображений составляет всего около 4,5 секунд в эксперименте — а для конфигураций с полностью динамическими пикселями оно ещё меньше, иногда всего две секунды», — пояснил Чэнь.

Разработка отличается низким энергопотреблением (около 0,8 Вт) и стабильностью — качество изображения оставалось неизменным после десятков часов работы. В будущем команда планирует сосредоточиться на улучшении тепловых характеристик и обеспечении управления на уровне отдельных пикселей.

ИИ: Это важный шаг в развитии терагерцовых технологий. Возможность электрического управления метаповерхностями с таким быстрым откликом открывает перспективы не только для систем шифрования, но и для динамических дисплеев и систем связи следующего поколения.