Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα εξαιρετικά λεπτό τσιπ με ένα ολοκληρωμένο φωτονικό κύκλωμα που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να εκμεταλλευτεί το λεγόμενο χάσμα terahertz - που βρίσκεται μεταξύ 0,3-30 THz στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα - για φασματοσκοπία και απεικόνιση.
Αυτό το κενό είναι επί του παρόντος κάτι σαν τεχνολογική νεκρή ζώνη, καθώς περιγράφει συχνότητες που είναι πολύ γρήγορες για τις σημερινές ηλεκτρονικές και τηλεπικοινωνιακές συσκευές, αλλά πολύ αργές για εφαρμογές οπτικών και απεικόνισης.
Ωστόσο, το νέο τσιπ των επιστημόνων τους δίνει τώρα τη δυνατότητα να παράγουν κύματα terahertz με προσαρμοσμένη συχνότητα, μήκος κύματος, πλάτος και φάση.Ένας τέτοιος ακριβής έλεγχος θα μπορούσε να επιτρέψει την αξιοποίηση της ακτινοβολίας terahertz για εφαρμογές επόμενης γενιάς τόσο στον ηλεκτρονικό όσο και στον οπτικό τομέα.
Η εργασία, που διεξήχθη μεταξύ του EPFL, του ETH της Ζυρίχης και του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, δημοσιεύτηκε στοΕπικοινωνίες για τη φύση.
Η Cristina Benea-Chelmus, η οποία ηγήθηκε της έρευνας στο Εργαστήριο Υβριδικής Φωτονικής (HYLAB) στη Σχολή Μηχανικών του EPFL, εξήγησε ότι ενώ τα κύματα terahertz είχαν παραχθεί σε εργαστηριακό περιβάλλον στο παρελθόν, οι προηγούμενες προσεγγίσεις βασίζονταν κυρίως σε μεγάλους κρυστάλλους για τη δημιουργία του σωστού συχνότητες.Αντίθετα, η χρήση του φωτονικού κυκλώματος από το εργαστήριό της, κατασκευασμένο από νιοβικό λίθιο και λεπτώς χαραγμένο σε κλίμακα νανομέτρων από συνεργάτες στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, κάνει μια πολύ πιο βελτιωμένη προσέγγιση.Η χρήση υποστρώματος πυριτίου καθιστά επίσης τη συσκευή κατάλληλη για ενσωμάτωση σε ηλεκτρονικά και οπτικά συστήματα.
«Η δημιουργία κυμάτων σε πολύ υψηλές συχνότητες είναι εξαιρετικά δύσκολη και υπάρχουν πολύ λίγες τεχνικές που μπορούν να τα δημιουργήσουν με μοναδικά μοτίβα», εξήγησε.«Είμαστε τώρα σε θέση να σχεδιάσουμε το ακριβές χρονικό σχήμα των κυμάτων terahertz – για να πούμε ουσιαστικά, «θέλω μια κυματομορφή που να μοιάζει με αυτό».
Για να επιτευχθεί αυτό, το εργαστήριο του Benea-Chelmus σχεδίασε τη διάταξη των καναλιών του τσιπ, που ονομάζονται κυματοδηγοί, με τέτοιο τρόπο ώστε μικροσκοπικές κεραίες να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετάδοση κυμάτων terahertz που παράγονται από το φως από οπτικές ίνες.
«Το γεγονός ότι η συσκευή μας χρησιμοποιεί ήδη ένα τυπικό οπτικό σήμα είναι πραγματικά ένα πλεονέκτημα, γιατί σημαίνει ότι αυτά τα νέα τσιπ μπορούν να χρησιμοποιηθούν με παραδοσιακά λέιζερ, τα οποία λειτουργούν πολύ καλά και είναι πολύ καλά κατανοητά.Σημαίνει ότι η συσκευή μας είναι συμβατή με τηλεπικοινωνίες», τόνισε ο Benea-Chelmus.Πρόσθεσε ότι οι μικροσκοπικές συσκευές που στέλνουν και λαμβάνουν σήματα στην περιοχή terahertz θα μπορούσαν να διαδραματίσουν βασικό ρόλο στα κινητά συστήματα έκτης γενιάς (6G).
Στον κόσμο της οπτικής, η Benea-Chelmus βλέπει ιδιαίτερες δυνατότητες για μικροσκοπικά τσιπ νιοβικού λιθίου στη φασματοσκοπία και την απεικόνιση.Εκτός από το ότι δεν είναι ιοντικά, τα κύματα terahertz έχουν πολύ χαμηλότερη ενέργεια από πολλούς άλλους τύπους κυμάτων (όπως οι ακτίνες Χ) που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για την παροχή πληροφοριών σχετικά με τη σύνθεση ενός υλικού – είτε πρόκειται για κόκαλο είτε για ελαιογραφία.Μια συμπαγής, μη καταστροφική συσκευή όπως το τσιπ νιοβικού λιθίου θα μπορούσε επομένως να προσφέρει μια λιγότερο επεμβατική εναλλακτική λύση στις τρέχουσες φασματογραφικές τεχνικές.
«Θα μπορούσατε να φανταστείτε να στέλνετε ακτινοβολία terahertz μέσω ενός υλικού που σας ενδιαφέρει και να το αναλύετε για να μετρήσετε την απόκριση του υλικού, ανάλογα με τη μοριακή του δομή.Όλα αυτά από μια συσκευή μικρότερη από κεφαλή σπίρτου», είπε.
Στη συνέχεια, η Benea-Chelmus σχεδιάζει να επικεντρωθεί στην προσαρμογή των ιδιοτήτων των κυματοδηγών και των κεραιών του τσιπ για να σχεδιάσει κυματομορφές με μεγαλύτερα πλάτη και πιο λεπτομερώς συντονισμένες συχνότητες και ρυθμούς αποσύνθεσης.Βλέπει επίσης τη δυνατότητα η τεχνολογία terahertz που αναπτύχθηκε στο εργαστήριό της να είναι χρήσιμη για κβαντικές εφαρμογές.
«Υπάρχουν πολλά θεμελιώδη ερωτήματα προς αντιμετώπιση.για παράδειγμα, μας ενδιαφέρει αν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τέτοια τσιπ για να δημιουργήσουμε νέους τύπους κβαντικής ακτινοβολίας που μπορούν να χειριστούν σε εξαιρετικά σύντομα χρονικά διαστήματα.Τέτοια κύματα στην κβαντική επιστήμη μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο κβαντικών αντικειμένων», κατέληξε.
Ώρα δημοσίευσης: Φεβ-14-2023