Istraživači su razvili izuzetno tanki čip s integriranim fotonskim krugom koji bi se mogao koristiti za iskorištavanje takozvanog terahercnog jaza - koji se nalazi između 0,3 i 30 THz u elektromagnetskom spektru - za spektroskopiju i snimanje.
Ovaj jaz trenutno predstavlja svojevrsnu tehnološku mrtvu zonu, opisujući frekvencije koje su prebrze za današnje elektroničke i telekomunikacijske uređaje, ali prespore za optiku i primjenu u obradi slike.
Međutim, novi čip znanstvenika sada im omogućuje proizvodnju terahercnih valova s prilagođenom frekvencijom, valnom duljinom, amplitudom i fazom. Takva precizna kontrola mogla bi omogućiti iskorištavanje terahercnog zračenja za primjenu sljedeće generacije u elektroničkom i optičkom području.
Rad, proveden između EPFL-a, ETH Zürich i Sveučilišta Harvard, objavljen je uKomunikacije u prirodi.
Cristina Benea-Chelmus, koja je vodila istraživanje u Laboratoriju za hibridnu fotoniku (HYLAB) na Tehničkom fakultetu EPFL-a, objasnila je da iako su terahercni valovi već proizvedeni u laboratorijskim uvjetima, prethodni pristupi su se prvenstveno oslanjali na kristale u rasutom stanju za generiranje pravih frekvencija. Umjesto toga, korištenje fotonskog kruga u njezinom laboratoriju, izrađenog od litijevog niobata i fino ugraviranog na nanometarskoj skali od strane suradnika sa Sveučilišta Harvard, omogućuje mnogo pojednostavljeniji pristup. Upotreba silicijske podloge također čini uređaj prikladnim za integraciju u elektroničke i optičke sustave.
„Generiranje valova na vrlo visokim frekvencijama izuzetno je izazovno i postoji vrlo malo tehnika koje ih mogu generirati s jedinstvenim uzorcima“, objasnila je. „Sada smo u mogućnosti konstruirati točan vremenski oblik terahercnih valova – u biti reći: 'Želim valni oblik koji izgleda ovako.'“
Kako bi to postigli, Benea-Chelmusov laboratorij je dizajnirao raspored kanala čipa, nazvanih valovodi, na takav način da se mikroskopske antene mogu koristiti za emitiranje terahercnih valova generiranih svjetlošću iz optičkih vlakana.
„Činjenica da naš uređaj već koristi standardni optički signal zaista je prednost, jer znači da se ovi novi čipovi mogu koristiti s tradicionalnim laserima, koji vrlo dobro rade i vrlo su dobro razumljivi. To znači da je naš uređaj telekomunikacijski kompatibilan“, naglasila je Benea-Chelmus. Dodala je da bi minijaturizirani uređaji koji šalju i primaju signale u terahercnom rasponu mogli igrati ključnu ulogu u mobilnim sustavima šeste generacije (6G).
U svijetu optike, Benea-Chelmus vidi poseban potencijal za minijaturizirane litij-niobatne čipove u spektroskopiji i snimanju. Osim što nisu ionizirajući, terahercni valovi imaju puno nižu energiju od mnogih drugih vrsta valova (poput rendgenskih zraka) koji se trenutno koriste za pružanje informacija o sastavu materijala - bilo da se radi o kosti ili uljanoj slici. Kompaktni, nerazorni uređaj poput litij-niobatnog čipa stoga bi mogao pružiti manje invazivnu alternativu trenutnim spektrografskim tehnikama.
„Možete zamisliti slanje terahercnog zračenja kroz materijal koji vas zanima i njegovu analizu kako biste izmjerili odziv materijala, ovisno o njegovoj molekularnoj strukturi. Sve to s uređaja manjeg od glave šibice“, rekla je.
Benea-Chelmus zatim planira usredotočiti se na podešavanje svojstava valovoda i antena čipa kako bi se stvorili valni oblici s većim amplitudama i finije podešenim frekvencijama i brzinama raspada. Također vidi potencijal da terahercna tehnologija razvijena u njezinom laboratoriju bude korisna za kvantne primjene.
„Postoji mnogo temeljnih pitanja na koja treba odgovoriti; na primjer, zanima nas možemo li koristiti takve čipove za generiranje novih vrsta kvantnog zračenja kojima se može manipulirati u izuzetno kratkim vremenskim skalama. Takvi valovi u kvantnoj znanosti mogu se koristiti za kontrolu kvantnih objekata“, zaključila je.
Vrijeme objave: 14. veljače 2023.
