Výskumníci vyvinuli extrémne tenký čip s integrovaným fotonickým obvodom, ktorý by sa dal použiť na využitie takzvanej terahertzovej medzery – ležiacej medzi 0,3 – 30 THz v elektromagnetickom spektre – na spektroskopiu a zobrazovanie.
Táto medzera je v súčasnosti niečo ako technologická mŕtva zóna, ktorá popisuje frekvencie, ktoré sú príliš rýchle pre dnešnú elektroniku a telekomunikačné zariadenia, ale príliš pomalé pre optiku a zobrazovacie aplikácie.
Nový čip vedcov im však teraz umožňuje produkovať terahertzové vlny s prispôsobenou frekvenciou, vlnovou dĺžkou, amplitúdou a fázou.Takéto presné riadenie by mohlo umožniť využitie terahertzového žiarenia pre aplikácie novej generácie v elektronickej aj optickej sfére.
Práca vykonaná medzi EPFL, ETH Zurich a Harvardskou univerzitou bola publikovaná v rPrírodné komunikácie.
Cristina Benea-Chelmus, ktorá viedla výskum v Laboratóriu hybridnej fotoniky (HYLAB) na EPFL's School of Engineering, vysvetlila, že zatiaľ čo terahertzové vlny boli produkované v laboratórnom prostredí predtým, predchádzajúce prístupy sa spoliehali predovšetkým na objemové kryštály na vytvorenie správneho frekvencie.Namiesto toho použitie fotonického obvodu v jej laboratóriu, vyrobeného z niobátu lítneho a jemne vyleptaného v nanometrovej mierke spolupracovníkmi z Harvardskej univerzity, umožňuje oveľa efektívnejší prístup.Použitie silikónového substrátu tiež robí zariadenie vhodným na integráciu do elektronických a optických systémov.
"Generovanie vĺn pri veľmi vysokých frekvenciách je mimoriadne náročné a existuje len veľmi málo techník, ktoré ich dokážu generovať s jedinečnými vzormi," vysvetlila."Teraz sme schopní vytvoriť presný časový tvar terahertzových vĺn - v podstate povedať: 'Chcem tvar vlny, ktorý vyzerá takto'."
Aby sa to dosiahlo, laboratórium Benea-Chelmusa navrhlo usporiadanie kanálov čipu, nazývané vlnovody, takým spôsobom, aby sa mikroskopické antény mohli použiť na vysielanie terahertzových vĺn generovaných svetlom z optických vlákien.
„Skutočnosť, že naše zariadenie už využíva štandardný optický signál, je skutočne výhodou, pretože to znamená, že tieto nové čipy možno použiť s tradičnými lasermi, ktoré fungujú veľmi dobre a sú veľmi dobre zrozumiteľné.Znamená to, že naše zariadenie je kompatibilné s telekomunikáciami,“ zdôraznil Benea-Chelmus.Dodala, že miniaturizované zariadenia, ktoré vysielajú a prijímajú signály v rozsahu terahertzov, by mohli hrať kľúčovú úlohu v mobilných systémoch šiestej generácie (6G).
Vo svete optiky vidí Benea-Chelmus osobitný potenciál pre miniaturizované čipy niobátu lítneho v spektroskopii a zobrazovaní.Okrem toho, že terahertzové vlny sú neionizujúce, majú oveľa nižšiu energiu ako mnohé iné typy vĺn (napríklad röntgenové lúče), ktoré sa v súčasnosti používajú na poskytovanie informácií o zložení materiálu – či už ide o kosť alebo olejomaľbu.Kompaktné, nedeštruktívne zariadenie, ako je čip niobátu lítneho, by preto mohlo poskytnúť menej invazívnu alternatívu k súčasným spektrografickým technikám.
"Mohli by ste si predstaviť posielanie terahertzového žiarenia cez materiál, ktorý vás zaujíma, a jeho analýzu na meranie odozvy materiálu v závislosti od jeho molekulárnej štruktúry.To všetko zo zariadenia menšieho ako hlavička zápalky,“ povedala.
Ďalej sa spoločnosť Benea-Chelmus plánuje zamerať na vylepšenie vlastností vlnovodov a antén čipu, aby vytvorila tvary vĺn s väčšími amplitúdami a jemnejšie vyladenými frekvenciami a rýchlosťami rozpadu.Vidí tiež potenciál pre terahertzovú technológiu vyvinutú v jej laboratóriu, aby bola užitočná pre kvantové aplikácie.
„Je veľa základných otázok, ktoré treba riešiť;napríklad nás zaujíma, či môžeme použiť takéto čipy na generovanie nových typov kvantového žiarenia, s ktorým možno manipulovať v extrémne krátkych časových intervaloch.Takéto vlny v kvantovej vede možno použiť na ovládanie kvantových objektov,“ uzavrela.
Čas odoslania: Feb-14-2023