pētnieki ir izstrādājuši ārkārtīgi plānu mikroshēmu ar integrētu fotonisko shēmu, ko varētu izmantot, lai spektroskopijai un attēlveidošanai izmantotu tā saukto terahercu spraugu, kas elektromagnētiskajā spektrā atrodas no 0,3 līdz 30 THz.
Šī plaisa pašlaik ir kaut kas līdzīgs tehnoloģiskai mirušajai zonai, kas raksturo frekvences, kas ir pārāk ātras mūsdienu elektronikas un telekomunikāciju ierīcēm, bet pārāk lēnas optikas un attēlveidošanas lietojumprogrammām.
Tomēr zinātnieku jaunā mikroshēma tagad ļauj viņiem radīt terahercu viļņus ar pielāgotu frekvenci, viļņa garumu, amplitūdu un fāzi.Šāda precīza vadība varētu ļaut izmantot terahercu starojumu nākamās paaudzes lietojumiem gan elektroniskajā, gan optiskajā jomā.
Darbs, ko veica EPFL, ETH Cīrihe un Hārvardas universitāte, ir publicētsDabas sakari.
Kristīna Benea-Čelmusa, kas vadīja pētījumu EPFL Inženierzinātņu skolas Hibrīda fotonikas laboratorijā (HYLAB), paskaidroja, ka, lai gan teraherca viļņi jau iepriekš tika radīti laboratorijas apstākļos, iepriekšējās pieejas galvenokārt balstījās uz lielapjoma kristāliem, lai radītu pareizos. frekvences.Tā vietā viņas laboratorijā izmantotā fotoniskā ķēde, kas izgatavota no litija niobāta un ko nanometru mērogā smalki iegravējusi Hārvardas universitātes līdzstrādnieki, nodrošina daudz racionālāku pieeju.Silīcija substrāta izmantošana arī padara ierīci piemērotu integrēšanai elektroniskajās un optiskajās sistēmās.
"Viļņu ģenerēšana ļoti augstās frekvencēs ir ārkārtīgi sarežģīta, un ir ļoti maz paņēmienu, kas tos var radīt ar unikāliem modeļiem," viņa paskaidroja."Tagad mēs varam izstrādāt precīzu terahercu viļņu formu laika formā — būtībā teikt:" Es gribu viļņu formu, kas izskatās šādi.
Lai to panāktu, Benea-Chelmus laboratorija izstrādāja mikroshēmas kanālu izkārtojumu, ko sauc par viļņvadiem, lai mikroskopiskās antenas varētu izmantot, lai pārraidītu terahercu viļņus, ko rada optisko šķiedru gaisma.
“Tas, ka mūsu ierīcē jau tiek izmantots standarta optiskais signāls, patiešām ir priekšrocība, jo tas nozīmē, ka šīs jaunās mikroshēmas var izmantot ar tradicionālajiem lāzeriem, kas darbojas ļoti labi un ir ļoti labi saprotami.Tas nozīmē, ka mūsu ierīce ir saderīga ar telekomunikācijām,” uzsvēra Benea-Chelmus.Viņa piebilda, ka miniaturizētām ierīcēm, kas sūta un saņem signālus terahercu diapazonā, varētu būt galvenā loma sestās paaudzes mobilajās sistēmās (6G).
Optikas pasaulē Benea-Chelmus redz īpašu potenciālu miniaturizētām litija niobāta mikroshēmām spektroskopijā un attēlveidošanā.Papildus tam, ka terahercu viļņi nav jonizējoši, tiem ir daudz mazāka enerģija nekā daudziem citiem viļņu veidiem (piemēram, rentgena stariem), ko pašlaik izmanto, lai sniegtu informāciju par materiāla sastāvu — neatkarīgi no tā, vai tas ir kauls vai eļļas glezna.Tāpēc kompakta, nesagraujoša ierīce, piemēram, litija niobāta mikroshēma, varētu nodrošināt mazāk invazīvu alternatīvu pašreizējām spektrogrāfijas metodēm.
"Jūs varētu iedomāties terahercu starojuma nosūtīšanu caur materiālu, kas jūs interesē, un analizēt to, lai izmērītu materiāla reakciju atkarībā no tā molekulārās struktūras.Tas viss no ierīces, kas ir mazāka par sērkociņu galvu," viņa teica.
Tālāk Benea-Chelmus plāno koncentrēties uz mikroshēmas viļņvadu un antenu īpašību pielāgošanu, lai izstrādātu viļņu formas ar lielāku amplitūdu un precīzāk noregulētām frekvencēm un samazinājuma ātrumu.Viņa arī saskata potenciālu, ka viņas laboratorijā izstrādātā terahercu tehnoloģija var būt noderīga kvantu lietojumos.
“Ir daudzi fundamentāli jautājumi, kas jārisina;Piemēram, mēs esam ieinteresēti, vai mēs varam izmantot šādas mikroshēmas, lai radītu jaunus kvantu starojuma veidus, ar kuriem var manipulēt ārkārtīgi īsā laika posmā.Šādus viļņus kvantu zinātnē var izmantot, lai kontrolētu kvantu objektus, ”viņa secināja.
Publicēšanas laiks: 14. februāris 2023