Raziskovalci so razvili izjemno tanek čip z integriranim fotonskim vezjem, ki bi ga lahko uporabili za izkoriščanje tako imenovane teraherčne vrzeli – ki leži med 0,3-30 THz v elektromagnetnem spektru – za spektroskopijo in slikanje.
Ta vrzel je trenutno nekakšna tehnološka mrtva cona, ki opisuje frekvence, ki so prehitre za današnjo elektroniko in telekomunikacijske naprave, a prepočasne za optiko in slikovne aplikacije.
Vendar pa jim novi čip znanstvenikov zdaj omogoča proizvodnjo teraherčnih valov s prilagojeno frekvenco, valovno dolžino, amplitudo in fazo.Tako natančen nadzor bi lahko omogočil izkoriščanje teraherčnega sevanja za aplikacije naslednje generacije v elektronskem in optičnem svetu.
Delo, ki so ga izvedli EPFL, ETH Zurich in Univerza Harvard, je bilo objavljeno vNature Communications.
Cristina Benea-Chelmus, ki je vodila raziskavo v Laboratoriju za hibridno fotoniko (HYLAB) na Inženirski šoli EPFL, je pojasnila, da so bili teraherčni valovi že prej proizvedeni v laboratoriju, vendar so se prejšnji pristopi zanašali predvsem na množične kristale za ustvarjanje pravih frekvence.Namesto tega njena laboratorijska uporaba fotonskega vezja, izdelanega iz litijevega niobata in fino jedkanega na nanometrskem merilu s strani sodelavcev na Univerzi Harvard, omogoča veliko bolj poenostavljen pristop.Zaradi uporabe silicijeve podlage je naprava primerna tudi za integracijo v elektronske in optične sisteme.
"Ustvarjanje valov na zelo visokih frekvencah je izjemno zahtevno in obstaja zelo malo tehnik, ki jih lahko ustvarijo z edinstvenimi vzorci," je pojasnila.»Zdaj lahko oblikujemo natančno časovno obliko teraherčnih valov – v bistvu rečemo: 'Želim valovno obliko, ki je videti tako.'«
Da bi to dosegli, je laboratorij Benea-Chelmus zasnoval razporeditev kanalov na čipu, imenovanih valovodov, na tak način, da bi lahko uporabili mikroskopske antene za oddajanje teraherčnih valov, ki jih ustvarja svetloba iz optičnih vlaken.
»Dejstvo, da naša naprava že uporablja standardni optični signal, je res prednost, saj to pomeni, da je mogoče te nove čipe uporabljati s tradicionalnimi laserji, ki delujejo zelo dobro in jih zelo dobro razumemo.To pomeni, da je naša naprava telekomunikacijsko združljiva,« je poudarila Benea-Chelmus.Dodala je, da bi miniaturizirane naprave, ki pošiljajo in sprejemajo signale v območju terahercev, lahko igrale ključno vlogo v mobilnih sistemih šeste generacije (6G).
V svetu optike Benea-Chelmus vidi poseben potencial za miniaturizirane čipe litijevega niobata v spektroskopiji in slikanju.Poleg tega, da so neionizirajoči, imajo teraherčni valovi veliko nižjo energijo kot mnoge druge vrste valov (kot so rentgenski žarki), ki se trenutno uporabljajo za zagotavljanje informacij o sestavi materiala – ne glede na to, ali gre za kost ali oljno sliko.Kompaktna, nedestruktivna naprava, kot je čip litijevega niobata, bi torej lahko zagotovila manj invazivno alternativo trenutnim spektrografskim tehnikam.
»Lahko si predstavljate pošiljanje teraherčnega sevanja skozi material, ki vas zanima, in njegovo analizo za merjenje odziva materiala, odvisno od njegove molekularne strukture.Vse to iz naprave, manjše od glave vžigalice,« je dejala.
Nato se namerava Benea-Chelmus osredotočiti na prilagajanje lastnosti valovodov in anten čipa za inženiring valovnih oblik z večjimi amplitudami ter natančneje uglašenimi frekvencami in stopnjami upadanja.Prav tako vidi možnost, da bi bila teraherčna tehnologija, razvita v njenem laboratoriju, uporabna za kvantne aplikacije.
»Obstaja veliko temeljnih vprašanj, ki jih je treba obravnavati;na primer, zanima nas, ali lahko uporabimo take čipe za ustvarjanje novih vrst kvantnega sevanja, ki jih je mogoče manipulirati v izjemno kratkih časovnih okvirih.Takšne valove v kvantni znanosti je mogoče uporabiti za nadzor kvantnih objektov,« je zaključila.
Čas objave: 14. februarja 2023