Истражувачите развија екстремно тенок чип со интегрирано фотонско коло што може да се користи за искористување на таканаречениот терахерцов јаз - кој се наоѓа помеѓу 0,3-30 THz во електромагнетниот спектар - за спектроскопија и снимање.
Овој јаз во моментов е нешто како технолошка мртва зона, опишувајќи фреквенции кои се пребрзи за денешните електронски и телекомуникациски уреди, но пребавни за оптички и сликички апликации.
Сепак, новиот чип на научниците сега им овозможува да произведуваат терахерцни бранови со прилагодена фреквенција, бранова должина, амплитуда и фаза. Таквата прецизна контрола би можела да овозможи искористување на терахерцното зрачење за апликации од следната генерација и во електронската и во оптичката сфера.
Работата, спроведена помеѓу EPFL, ETH Zurich и Универзитетот Харвард, е објавена воКомуникации во природата.
Кристина Бенеа-Челмус, која го водеше истражувањето во Лабораторијата за хибридна фотоника (HYLAB) на Факултетот за инженерство при EPFL, објасни дека иако терахерцните бранови и претходно биле произведувани во лабораториски услови, претходните пристапи се потпирале првенствено на кристали во големи количини за да се генерираат вистинските фреквенции. Наместо тоа, употребата на фотонско коло во нејзината лабораторија, направено од литиум ниобат и фино гравирано на нанометарска скала од соработници на Универзитетот Харвард, овозможува многу поедноставен пристап. Употребата на силиконска подлога, исто така, го прави уредот погоден за интеграција во електронски и оптички системи.
„Генерирањето бранови на многу високи фреквенции е исклучително предизвикувачко и има многу малку техники што можат да ги генерираат со уникатни шеми“, објасни таа. „Сега сме во можност да го конструираме точниот временски облик на терахерцните бранови - во суштина да кажеме: „Сакам бранова форма што изгледа вака.““
За да се постигне ова, лабораторијата на Бенеа-Челмус го дизајнираше распоредот на каналите на чипот, наречени брановоди, на таков начин што микроскопските антени би можеле да се користат за емитување терахерцни бранови генерирани од светлина од оптички влакна.
„Фактот што нашиот уред веќе користи стандарден оптички сигнал е навистина предност, бидејќи тоа значи дека овие нови чипови можат да се користат со традиционални ласери, кои работат многу добро и се многу добро разбрани. Тоа значи дека нашиот уред е компатибилен со телекомуникациите“, нагласи Бенеа-Челмус. Таа додаде дека минијатуризираните уреди што испраќаат и примаат сигнали во терахерцовиот опсег би можеле да играат клучна улога во мобилните системи од шестата генерација (6G).
Во светот на оптиката, Бенеа-Челмус гледа особен потенцијал за минијатуризирани чипови од литиум ниобат во спектроскопијата и снимањето. Освен што не се јонизирачки, терахерцните бранови имаат многу помала енергија од многу други видови бранови (како што се рендгенските зраци) што моментално се користат за давање информации за составот на материјалот - без разлика дали станува збор за коска или слика со масло. Компактен, недеструктивен уред како чипот од литиум ниобат би можел да обезбеди помалку инвазивна алтернатива на сегашните спектрографски техники.
„Можете да замислите испраќање терахерцно зрачење низ материјал што ве интересира и негово анализирање за да го измерите одговорот на материјалот, во зависност од неговата молекуларна структура. Сето ова од уред помал од глава на кибрит“, рече таа.
Потоа, Бенеа-Челмус планира да се фокусира на прилагодување на својствата на брановодите и антените на чипот за да конструира бранови форми со поголеми амплитуди и пофино подесени фреквенции и стапки на распаѓање. Таа, исто така, гледа потенцијал терахерцовата технологија развиена во нејзината лабораторија да биде корисна за квантни апликации.
„Постојат многу фундаментални прашања што треба да се решат; на пример, ние сме заинтересирани дали можеме да користиме вакви чипови за да генерираме нови видови квантно зрачење што може да се манипулира во екстремно кратки временски рамки. Ваквите бранови во квантната наука можат да се користат за контрола на квантни објекти“, заклучи таа.
Време на објавување: 14 февруари 2023 година
