(PhysOrg.com) - Forskare vid Rice University använder kolnanorör som den kritiska komponenten i en robust terahertz-polarisator som kan påskynda utvecklingen av nya säkerhets- och kommunikationsenheter, sensorer och icke-invasiva medicinska bildsystem samt grundläggande studier av lågdimensionella system för kondenserad materia.

Polarisatorn utvecklad av rislabbet i Junichiro Kono, en professor i elektro- och datateknik och i fysik och astronomi, är den mest effektiva som någonsin rapporterats; den låter selektivt 100 procent av en terahertzvåg passera eller blockerar 99,9 procent av den, beroende på dess polarisering. Forskningen publicerades i onlineversionen av tidskriften American Chemical Society, Nanobokstäver .

Bredbandspolarisatorn hanterar vågor från 0,5 till 2,2 terahertz, som vida överträffar utbudet av kommersiella polarisatorer som består av ömtåliga galler inlindade i guld- eller volframtrådar.

Kono sa att tekniker som använder de optiska och elektriska områdena i det elektromagnetiska spektrumet är mogna och vanliga, som i lasrar och teleskop i ena änden och datorer och mikrovågor i den andra. Men fram till de senaste åren, Terahertz-regionen däremellan var i stort sett outforskad. "Under det senaste decenniet eller två, människor har gjort imponerande framsteg, " han sa, speciellt vid utvecklingen av sådana strålningskällor som terahertz kvantkaskadlaser.

"Vi har ganska bra terahertz-sändare och detektorer, men vi behöver ett sätt att manipulera ljus i det här området, " Sa Kono. "Vårt arbete är i den här kategorin, manipulera polarisationstillståndet - riktningen för det elektriska fältet - för terahertzstrålning."

Terahertzvågor finns vid övergången mellan infraröd och mikrovågor och har unika egenskaper. De är inte skadliga och penetrerar tyg, trä, plast och till och med moln, men inte metall eller vatten. I kombination med spektroskopi, de kan användas för att läsa vad Kono kallade "spektrala fingeravtryck i terahertzområdet"; han sa att de skulle till exempel, vara användbar i en säkerhetsmiljö för att identifiera de kemiska signaturerna för specifika sprängämnen.

Verket av Kono och huvudförfattaren Lei Ren, som nyligen tog sin doktorsexamen vid Rice, gör stor nytta av den grundforskning om kolnanorör som universitetet är känt för. Medförfattare Robert Hauge, en framstående fakultetsstipendiat i kemi, och hans tidigare doktorand Cary Pint utvecklade ett sätt att odla nanorörsmattor och att överföra väljusterade arrayer av nanorör från en katalysator till vilket substrat de valde, begränsas endast av tillväxtplattformens storlek.

Medan Hauge och Pint utvecklade sina nanorörsmatriser, Kono och hans team funderade på terahertz. Fyra år sedan, de kom över ett halvledande material, indium antimonid, som skulle stoppa eller passera terahertzvågor, men bara i ett starkt magnetfält och vid mycket låga temperaturer.

Ungefär samtidigt, Konos labb började arbeta med kolnanorörsmatriser överförda till ett safirsubstrat av Pint och Hauge. Dessa inriktade arrayer - tänk på ett vetefält som kördes över av en ångvält - visade sig vara mycket effektiva för att filtrera terahertzvågor, som Kono och hans team rapporterade i en tidning 2009.

"När polariseringen av terahertzvågen var vinkelrät mot nanorören, det var absolut ingen dämpning, " Mindes Kono. "Men när polariseringen var parallell med nanorören, tjockleken var inte tillräcklig för att helt döda transmissionen, som fortfarande låg på 30-50 procent."

Svaret var tydligt:​​Gör polarisatorn tjockare. Den nuvarande polarisatorn har tre däck med inriktade nanorör på safir, tillräckligt för att effektivt absorbera all infallande terahertzstrålning. "Vår metod är unik, och det är enkelt, " han sa.

Kono ser användning för enheten bortom spektroskopi genom att manipulera den med ett elektriskt fält, men det kommer bara att bli möjligt när alla nanorör i en array är av halvledande typ. Som de är gjorda nu, partier av nanorör är en slumpmässig blandning av halvledare och metaller; nyare verk av Erik Hároz, en doktorand i Konos labb, detaljerade skälen till att nanorör separerade genom ultracentrifugering har typberoende färger. Men att hitta ett sätt att odla specifika typer av nanorör är i fokus för en hel del forskning på Rice och på andra håll.