Tutkijat ovat kehittäneet erittäin ohuen, integroidulla fotonipiirillä varustetun sirun, jota voitaisiin käyttää hyödyntämään niin kutsuttua terahertsirakoa – joka sijaitsee välillä 0,3–30 THz sähkömagneettisessa spektrissä – spektroskopiassa ja kuvantamisessa.
Tämä aukko on tällä hetkellä jonkinlainen teknologinen kuollut alue, joka kuvaa taajuuksia, jotka ovat liian nopeita nykypäivän elektroniikka- ja tietoliikennelaitteille, mutta liian hitaita optiikka- ja kuvantamissovelluksiin.
Tiedemiesten uusi siru antaa kuitenkin nyt mahdollisuuden tuottaa terahertsiaaltoja räätälöidyllä taajuudella, aallonpituudella, amplitudilla ja vaiheella.Tällainen tarkka ohjaus voisi mahdollistaa terahertsisäteilyn valjastamisen seuraavan sukupolven sovelluksiin sekä elektroniikka- että optisessa maailmassa.
EPFL:n, ETH Zürichin ja Harvardin yliopiston välinen työ on julkaistu vuonnaLuontoviestintä.
Cristina Benea-Chelmus, joka johti tutkimusta hybridifotoniikan laboratoriossa (HYLAB) EPFL:n tekniikan korkeakoulussa, selitti, että vaikka terahertsiaaltoja on tuotettu laboratorioympäristössä ennenkin, aiemmat lähestymistavat ovat luottaneet ensisijaisesti bulkkikiteisiin oikean luomisen kannalta. taajuuksia.Sen sijaan hänen laboratorionsa käyttämä fotonipiiri, joka on valmistettu litiumniobaatista ja kaivertanut hienoksi nanometrin mittakaavassa Harvardin yliopiston yhteistyökumppaneiden toimesta, mahdollistaa paljon virtaviivaisemman lähestymistavan.Piisubstraatin käyttö tekee laitteesta myös sopivan integroitavaksi elektronisiin ja optisiin järjestelmiin.
"Aaltojen luominen erittäin korkeilla taajuuksilla on äärimmäisen haastavaa, ja on hyvin vähän tekniikoita, jotka voivat luoda niitä ainutlaatuisilla kuvioilla", hän selitti."Pystymme nyt suunnittelemaan terahertsiaaltojen tarkan ajallisen muodon - sanoaksemme olennaisesti: "Haluan aaltomuodon, joka näyttää tältä.""
Tämän saavuttamiseksi Benea-Chelmusin laboratorio suunnitteli sirun kanavien, joita kutsutaan aaltoputkiksi, järjestelyn siten, että mikroskooppisia antenneja voitaisiin käyttää optisten kuitujen valon synnyttämien terahertsiaaltojen lähettämiseen.
”Se, että laitteemme käyttää jo tavallista optista signaalia, on todella etu, sillä se tarkoittaa, että näitä uusia siruja voidaan käyttää perinteisten lasereiden kanssa, jotka toimivat erittäin hyvin ja ovat hyvin ymmärrettyjä.Se tarkoittaa, että laitteemme on tietoliikenneyhteensopiva”, Benea-Chelmus painotti.Hän lisäsi, että pienoislaitteet, jotka lähettävät ja vastaanottavat signaaleja terahertsialueella, voivat olla avainasemassa kuudennen sukupolven matkaviestinjärjestelmissä (6G).
Optiikan maailmassa Benea-Chelmus näkee erityisiä mahdollisuuksia miniatyrisoiduille litiumniobaattisiruille spektroskopiassa ja kuvantamisessa.Sen lisäksi, että terahertsiaallot eivät ole ionisoivia, ne ovat paljon pienempienergisiä kuin monet muut aallot (kuten röntgensäteet), joita tällä hetkellä käytetään antamaan tietoa materiaalin koostumuksesta – olipa kyseessä luu tai öljymaalaus.Kompakti, tuhoamaton laite, kuten litiumniobaattisiru, voisi siksi tarjota vähemmän invasiivisen vaihtoehdon nykyisille spektrografisille tekniikoille.
"Voit kuvitella lähettävänne terahertsisäteilyä sinua kiinnostavan materiaalin läpi ja analysoivan sitä materiaalin vasteen mittaamiseksi sen molekyylirakenteesta riippuen.Kaikki tämä tulitikkupäätä pienemmästä laitteesta", hän sanoi.
Seuraavaksi Benea-Chelmus aikoo keskittyä sirun aaltojohtojen ja antennien ominaisuuksien säätämiseen suunnitellakseen aaltomuotoja, joilla on suurempi amplitudi ja hienosäädetyt taajuudet ja vaimennusnopeudet.Hän näkee myös potentiaalin, että laboratoriossa kehitetystä terahertsiteknologiasta voi olla hyötyä kvanttisovelluksissa.
"On monia perustavanlaatuisia kysymyksiä ratkaistava;Olemme esimerkiksi kiinnostuneita siitä, voimmeko käyttää tällaisia siruja tuottamaan uudentyyppistä kvanttisäteilyä, jota voidaan manipuloida erittäin lyhyessä ajassa.Tällaisia kvanttitieteen aaltoja voidaan käyttää kvanttiobjektien ohjaamiseen", hän päätti.
Postitusaika: 14.2.2023