Haute fréquence térahertz Les ondes ont un grand potentiel pour un certain nombre d’applications, notamment l’imagerie médicale et la communication de nouvelle génération. Les aérogels pourraient être un complément intéressant à cela.

Des chercheurs de l’Université de Linköping, en Suède, ont montré, dans une étude publiée dans la revue Advanced Science, que la transmission de la lumière térahertz à travers un aérogel composé de cellulose et d’un polymère conducteur peut être réglée. Il s’agit d’une étape importante pour débloquer davantage d’applications pour les ondes térahertz

Réalisation d’un aérogel polymère-cellulose et d’un dispositif de mesure optique. Crédit image : Thor Balkhed/Université de Linköping

La gamme térahertz couvre les longueurs d’onde situées entre les micro-ondes et la lumière infrarouge sur le spectre électromagnétique. Sa fréquence est très élevée.

Grâce à cela, de nombreux chercheurs estiment que la gamme térahertz présente un grand potentiel d’utilisation, entre autres, dans l’exploration spatiale, les technologies de sécurité et les systèmes de communication. En imagerie médicale, elle peut également constituer un substitut intéressant aux examens aux rayons X puisque les ondes peuvent traverser la plupart des matériaux non conducteurs sans endommager aucun tissu.

Il existe cependant plusieurs obstacles technologiques à surmonter avant que les signaux térahertz puissent être largement utilisés. Par exemple, il est difficile de créer un rayonnement térahertz de manière efficace et des matériaux capables de recevoir et d’ajuster la transmission des ondes térahertz sont nécessaires.

Filtre réglable

Des chercheurs de l’université de Linköping ont mis au point un matériau dont l’absorption des signaux térahertz peut être activée et désactivée par une réaction redox. Le matériau est un aérogel, l’un des matériaux solides les plus légers au monde.

« C’est comme un filtre réglable pour la lumière térahertz. Dans un état, le signal électromagnétique ne sera pas absorbé et dans l’autre, il le pourra. Cette propriété peut être utile pour les signaux à longue portée provenant de l’espace ou des signaux radar », explique Shangzhi Chen, postdoctorant au Laboratoire d’électronique organique, LOE, de l’Université de Linköping.

Les chercheurs de Linköping ont utilisé un polymère conducteur, le PEDOT:PSS, et de la cellulose pour créer leur aérogel. Ils ont également conçu l’aérogel en pensant aux applications extérieures. Il est à la fois hydrofuge (hydrophobe) et peut être naturellement dégivré par chauffage au soleil.

Large plage de modulation

Les polymères conducteurs présentent de nombreux avantages par rapport aux autres matériaux utilisés pour créer des matériaux accordables. Entre autres choses, ils sont biocompatibles, durables et possèdent une grande capacité d’adaptation. L’accordabilité vient de la capacité de modifier la densité de charge dans le matériau. Les grands avantages de la cellulose sont son coût de production relativement faible par rapport à d’autres matériaux similaires et le fait qu’il s’agit d’un matériau renouvelable essentiel pour des applications durables.

« La transmission des ondes térahertz dans une large gamme de fréquences pourrait être régulée entre environ 13 % et 91 %, ce qui représente une très large plage de modulation », explique Chaoyang Kuang, postdoctorant au LOE.

L’étude a été financée, entre autres, par le Conseil suédois de la recherche, la Fondation pour la recherche stratégique, la Fondation pour l’internationalisation de l’enseignement supérieur et de la recherche, la Fondation Knut et Alice Wallenberg, le Wallenberg Wood Science Centre et par l’initiative stratégique du gouvernement suédois. dans les nouveaux matériaux fonctionnels, AFM, à l’Université de Linköping.

Article: Absorbeurs térahertz à large bande commutables basés sur des aérogels conducteurs de polymère-cellulose; Chaoyang Kuang, Shangzhi Chen, Min Luo, Qilun Zhang, Xiao Sun, Shaobo Han, Qingqing Wang, Vallery Stanishev, Vanya Darakchieva, Reverant Crispin, Mats Fahlman, Dan Zhao, Qiye Wen, Magnus P. Jonsson ; Science avancéepublié en ligne le 23 novembre 2023. DOI : 10.1002/advs.202305898

Faits: La gamme térahertz couvre les longueurs d’onde situées entre les micro-ondes et la lumière infrarouge sur le spectre électromagnétique. Les ondes ont une largeur comprise entre 0,1 et 1 millimètre et la fréquence est d’au moins 0,3 térahertz et d’au plus 30 térahertz. 1 térahertz signifie que 1 000 milliards d’ondes sont envoyées ou reçues en une seconde.

Écrit par Anders Törneholm

Source: Université de Linköping