badacze opracowali niezwykle cienki chip ze zintegrowanym obwodem fotonicznym, który można wykorzystać do wykorzystania tak zwanej przerwy terahercowej – znajdującej się między 0,3-30 THz w widmie elektromagnetycznym – do spektroskopii i obrazowania.
Ta luka jest obecnie czymś w rodzaju technologicznej martwej strefy, opisującej częstotliwości, które są zbyt szybkie dla dzisiejszej elektroniki i urządzeń telekomunikacyjnych, ale zbyt wolne dla zastosowań w optyce i obrazowaniu.
Jednak nowy chip naukowców umożliwia teraz wytwarzanie fal terahercowych o dostosowanej częstotliwości, długości fali, amplitudzie i fazie.Taka precyzyjna kontrola mogłaby umożliwić wykorzystanie promieniowania terahercowego do zastosowań nowej generacji, zarówno w dziedzinie elektroniki, jak i optyki.
Praca, przeprowadzona między EPFL, ETH Zurich i Uniwersytetem Harvarda, została opublikowana wKomunikacja natury.
Cristina Benea-Chelmus, która kierowała badaniami w Laboratorium Fotoniki Hybrydowej (HYLAB) w Szkole Inżynierii EPFL, wyjaśniła, że chociaż fale terahercowe były już wcześniej wytwarzane w warunkach laboratoryjnych, poprzednie podejścia opierały się głównie na kryształach masowych w celu wygenerowania odpowiedniego częstotliwości.Zamiast tego, wykorzystanie przez jej laboratorium obwodu fotonicznego, wykonanego z niobianu litu i precyzyjnie wytrawionego w skali nanometrowej przez współpracowników z Uniwersytetu Harvarda, zapewnia znacznie usprawnione podejście.Zastosowanie krzemowego podłoża sprawia, że urządzenie nadaje się również do integracji z układami elektronicznymi i optycznymi.
„Generowanie fal o bardzo wysokich częstotliwościach jest niezwykle trudne, a istnieje bardzo niewiele technik, które mogą generować je z unikalnymi wzorami” – wyjaśniła.„Jesteśmy teraz w stanie zaprojektować dokładny czasowy kształt fal terahercowych – powiedzieć zasadniczo:„ Chcę kształtu fali, który wygląda tak ”.
Aby to osiągnąć, laboratorium Benea-Chelmus zaprojektowało rozmieszczenie kanałów chipa, zwanych falowodami, w taki sposób, aby można było użyć mikroskopijnych anten do nadawania fal terahercowych generowanych przez światło z włókien optycznych.
„Fakt, że nasze urządzenie wykorzystuje już standardowy sygnał optyczny, jest naprawdę zaletą, ponieważ oznacza, że te nowe chipy mogą być używane z tradycyjnymi laserami, które działają bardzo dobrze i są bardzo dobrze poznane.Oznacza to, że nasze urządzenie jest kompatybilne z telekomunikacją” – podkreśla Benea-Chelmus.Dodała, że zminiaturyzowane urządzenia, które wysyłają i odbierają sygnały w zakresie terahercowym, mogą odegrać kluczową rolę w systemach mobilnych szóstej generacji (6G).
W świecie optyki Benea-Chelmus widzi szczególny potencjał zminiaturyzowanych chipów niobianu litu w spektroskopii i obrazowaniu.Oprócz tego, że nie są jonizujące, fale terahercowe mają znacznie niższą energię niż wiele innych rodzajów fal (takich jak promieniowanie rentgenowskie), które są obecnie wykorzystywane do dostarczania informacji o składzie materiału – niezależnie od tego, czy jest to kość, czy obraz olejny.Kompaktowe, nieniszczące urządzenie, takie jak chip niobianu litu, może zatem stanowić mniej inwazyjną alternatywę dla obecnych technik spektrograficznych.
„Możesz sobie wyobrazić wysyłanie promieniowania terahercowego przez interesujący Cię materiał i analizowanie go w celu zmierzenia odpowiedzi materiału, w zależności od jego struktury molekularnej.Wszystko to z urządzenia mniejszego niż główka zapałki” – powiedziała.
Następnie Benea-Chelmus planuje skupić się na poprawieniu właściwości falowodów i anten chipa, aby uzyskać kształty fal o większej amplitudzie i bardziej precyzyjnie dostrojonych częstotliwościach i szybkościach zaniku.Widzi również potencjał technologii terahercowej opracowanej w jej laboratorium, aby była przydatna w zastosowaniach kwantowych.
„Jest wiele fundamentalnych pytań, na które należy odpowiedzieć;na przykład interesuje nas, czy możemy użyć takich chipów do generowania nowych rodzajów promieniowania kwantowego, którym można manipulować w bardzo krótkich skalach czasowych.Takie fale w nauce kwantowej można wykorzystać do kontrolowania obiektów kwantowych” – podsumowała.
Czas postu: 14-02-2023