टेराहर्ट्ज़ (THz) तकनीक बायोमेडिकल इमेजिंग, दूरसंचार और उन्नत सेंसिंग सिस्टम जैसे अनुप्रयोगों में उपयोगी है। हालाँकि, 0.1 से 10 टेराहर्ट्ज़ रेंज में विद्युत चुम्बकीय तरंगों की अनूठी प्रकृति के कारण, उच्च-प्रदर्शन वाले घटकों को विकसित करना मुश्किल हो गया है जो टेराहर्ट्ज़ प्रौद्योगिकी की वास्तविक क्षमता को प्रदर्शित करते हैं। यहां तक कि फिल्टर और अवशोषक जैसे अनिवार्य रूप से घटक रहित भागों का डिज़ाइन भी एक बड़ी चुनौती बनी हुई है।
सौभाग्य से, मेटामटेरियल्स के बढ़ने से इन समस्याओं का नवीन समाधान हो सकता है। निर्माण और प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों में प्रगति के लिए धन्यवाद, अब टेराहर्ट्ज़ रेंज में अद्वितीय विद्युत चुम्बकीय गुणों के साथ दो-आयामी (2 डी) पैटर्न वाले माइक्रोस्ट्रक्चर का निर्माण करना संभव है, जिससे इन आवृत्तियों पर संकेतों के अभूतपूर्व नियंत्रण की अनुमति मिलती है।
यद्यपि तरंग-अवशोषित सामग्रियों के लिए विभिन्न प्रकार के 2डी मेटामटेरियल्स (या "हाइपरसर्फेस") प्रस्तावित किए गए हैं, उनमें से अधिकांश में अभी भी गंभीर सीमाएं हैं। एक आम समस्या यह है कि एक बार हाइपरसरफेस अवशोषित सामग्री के संरचनात्मक तरीकों की पहचान और निर्माण हो जाने के बाद, इसके विद्युत चुम्बकीय गुण तय हो जाते हैं।
यह गैर-ट्यूनेबिलिटी ऐसे उपकरणों के संभावित अनुप्रयोगों को सीमित करती है। दूसरी ओर, हालांकि ट्यून करने योग्य धातु-आधारित हाइपरसर्फेस अवशोषक मौजूद हैं, पतली धातु परतों के उपयोग को हतोत्साहित किया जाता है। यह कई कमियों के कारण है, जैसे आवश्यक संरचनाओं के निर्माण में कठिनाई और धातुओं के अंतर्निहित गुणों के कारण खराब प्रदर्शन।
इस संदर्भ में, शंघाई यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी में डॉ. वेनहान काओ की टीम ने टेराहर्ट्ज़ रेंज में अल्ट्रा-वाइड ट्यूनेबल बैंडविड्थ के साथ एक उपन्यास कार्बन-आधारित ट्यूनेबल मेटासरफेस अवशोषक विकसित किया है। डॉ. वेनहान काओ द्वारा निर्देशित यह शोध हाल ही में एडवांस्ड फोटोनिक्स नेक्सस में प्रकाशित हुआ था।
"अवशोषक का कोर ग्राफीन और ग्रेफाइट माइक्रोस्ट्रक्चर को रेज़ोनेटर के रूप में और ग्रेफाइट परतों को बैक-रिफ्लेक्टिंग सतहों के रूप में उपयोग करता है।" डॉ. वेनहान काओ बताते हैं, "इस टेराहर्ट्ज़ मेटासर्फेस अवशोषक में दोहराई जाने वाली सबयूनिट (या 'कोशिकाएं') को चार मुख्य कारकों के आधार पर अवशोषण दक्षता को अनुकूलित करने के लिए रणनीतिक रूप से डिजाइन किया गया है: ज्यामिति, भौतिक गुण, ध्रुवीकरण संवेदनशीलता और ट्यूनिंग तंत्र।"
ज्यामिति के संदर्भ में, अवशोषक में तीन पतली परतें होती हैं। शीर्ष परत एक प्रतिरूपित प्रवाहकीय परत है जिसमें ग्राफीन तारों द्वारा परस्पर जुड़े संकेंद्रित ग्रेफाइट वलय होते हैं; दूसरी परत एक साधारण ढांकता हुआ है जो अवांछित विद्युत चुम्बकीय तरंगों को नष्ट करने में मदद करती है; और तीसरी परत एक अवशोषक परत है जो टेराहर्ट्ज़ तरंगों को डिवाइस के माध्यम से सीधे प्रवेश करने से रोकती है, जिससे अवशोषण दक्षता अधिकतम हो जाती है।
अवशोषक के सामग्री चयन और ज्यामितीय डिजाइन को संख्यात्मक विश्लेषण और सिमुलेशन द्वारा अनुकूलित किया जाता है, जो टेराहर्ट्ज़ रेंज में इसके उल्लेखनीय अवशोषण में योगदान देता है। विशेष रूप से, प्रस्तावित अवशोषक की एक प्रमुख संपत्ति इसकी ट्यूनेबिलिटी है, जो ट्यून करने योग्य फर्मी ऊर्जा स्तरों से उत्पन्न होती है। यह पैरामीटर सामग्री और अर्धचालक प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण है क्योंकि यह विभिन्न ऊर्जा स्तरों में इलेक्ट्रॉनों के वितरण को निर्धारित करता है।
ग्राफीन परत पर वोल्टेज लागू करके, इसके फर्मी ऊर्जा स्तर को बदलना संभव है और इस प्रकार अवशोषण बैंडविड्थ को आसानी से ठीक करना संभव है। डॉ. वेनहान काओ ने जोर देकर कहा, "1 ईवी के फर्मी ऊर्जा स्तर पर, प्रस्तावित अवशोषक 8.99 THz की आश्चर्यजनक रूप से विस्तृत बैंडविड्थ प्राप्त कर सकता है, जो दो अलग-अलग अनुनाद चोटियों के साथ 7.24 से 16.23 THz की आवृत्ति रेंज में 90% से अधिक अवशोषण प्रदान करता है। 8.35 THz और 14.70 THz पर।"
प्रस्तावित डिज़ाइन का एक अन्य महत्वपूर्ण लाभ आपतित विकिरण के ध्रुवीकरण कोण के प्रति इसकी असंवेदनशीलता है। अवशोषक की कोशिका में संकेंद्रित वृत्तों का उपयोग स्वाभाविक रूप से यह अनुकूल गुण उत्पन्न करता है। वृत्त, पूर्णतया सममित आकार होने के कारण, अवशोषक को 50 डिग्री तक के घटना कोणों पर उच्च अवशोषण दर बनाए रखने की अनुमति देता है।
संक्षेप में, प्रस्तावित डिज़ाइन के कई फायदे इसकी सादगी के साथ मिलकर टेराहर्ट्ज़ प्रौद्योगिकी में एक सच्ची सफलता का प्रतिनिधित्व करते हैं। "प्रस्तावित अवशोषक कम मोटाई पर व्यापक ट्यून करने योग्य अवशोषण बैंडविड्थ के साथ एक अति पतली, सरल धातु मुक्त संरचना प्रदान करता है, जो काफी हद तक इसकी प्रयोज्यता को बढ़ाता है। ये फायदे अन्य रिपोर्ट किए गए अवशोषकों से बेहतर हैं।
निकट भविष्य में, टेराहर्ट्ज़ उपकरण रोजमर्रा की तकनीक का हिस्सा बन जाएंगे, विशेष रूप से चिकित्सा और संचार जैसे क्षेत्रों के साथ-साथ सामग्री विज्ञान और जीवविज्ञान जैसे अधिक शोध-उन्मुख क्षेत्रों में भी।
