Istraživači su razvili izuzetno tanak čip s integriranim fotonskim krugom koji bi se mogao koristiti za iskorištavanje takozvanog terahercnog jaza – koji leži između 0,3-30 THz u elektromagnetskom spektru – za spektroskopiju i snimanje.
Ovaj jaz je trenutno nešto poput tehnološke mrtve zone, koja opisuje frekvencije koje su prebrze za današnju elektroniku i telekomunikacijske uređaje, ali prespore za optiku i aplikacije za slike.
Međutim, novi čip znanstvenika sada im omogućuje proizvodnju teraherc valova prilagođene frekvencije, valne duljine, amplitude i faze.Takva precizna kontrola mogla bi omogućiti korištenje terahercnog zračenja za sljedeće generacije aplikacija u elektroničkom i optičkom području.
Rad, koji su proveli EPFL, ETH Zurich i Sveučilište Harvard, objavljen je uNature Communications.
Cristina Benea-Chelmus, koja je vodila istraživanje u Laboratoriju za hibridnu fotoniku (HYLAB) na Tehničkom fakultetu EPFL-a, objasnila je da su se terahercni valovi i prije proizvodili u laboratorijskim uvjetima, ali da su se prijašnji pristupi prvenstveno oslanjali na skupne kristale za generiranje pravog frekvencije.Umjesto toga, njezin laboratorij koristi fotonski krug, napravljen od litij niobata i fino urezan u nanometarskoj skali od strane suradnika sa Sveučilišta Harvard, čini mnogo jednostavniji pristup.Upotreba silikonske podloge također čini uređaj pogodnim za integraciju u elektroničke i optičke sustave.
"Generiranje valova na vrlo visokim frekvencijama iznimno je izazovno, a postoji vrlo malo tehnika koje ih mogu generirati s jedinstvenim uzorcima", objasnila je."Sada smo u mogućnosti projektirati točan vremenski oblik terahercnih valova – da u biti kažemo: 'Želim valni oblik koji izgleda ovako'."
Kako bi se to postiglo, Benea-Chelmusov laboratorij dizajnirao je raspored kanala na čipu, koji se nazivaju valovodima, na takav način da se mikroskopske antene mogu koristiti za emitiranje terahercnih valova generiranih svjetlom iz optičkih vlakana.
“Činjenica da naš uređaj već koristi standardni optički signal doista je prednost, jer to znači da se ovi novi čipovi mogu koristiti s tradicionalnim laserima, koji rade vrlo dobro i koji se vrlo dobro razumiju.To znači da je naš uređaj kompatibilan s telekomunikacijama,” naglasio je Benea-Chelmus.Dodala je da bi minijaturizirani uređaji koji šalju i primaju signale u rasponu teraherca mogli igrati ključnu ulogu u šestoj generaciji mobilnih sustava (6G).
U svijetu optike, Benea-Chelmus vidi poseban potencijal za minijaturizirane čipove litij niobata u spektroskopiji i slikanju.Osim što nisu ionizirajući, terahercni valovi puno su niže energije od mnogih drugih vrsta valova (kao što su x-zrake) koji se trenutno koriste za pružanje informacija o sastavu materijala – bilo da se radi o kosti ili uljnoj slici.Kompaktni, nedestruktivni uređaj poput čipa od litijeva niobata 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 odgovor materijala, ovisno o njegovoj molekularnoj strukturi.Sve to iz uređaja manjeg od glave šibice”, rekla je.
Zatim se Benea-Chelmus planira usredotočiti na podešavanje svojstava valnih vodiča i antena čipa kako bi se projektirali valni oblici s većim amplitudama i finije podešenim frekvencijama i stopama opadanja.Ona također vidi potencijal da teraherc tehnologija razvijena u njezinom laboratoriju bude korisna za kvantne primjene.
„Postoje mnoga temeljna pitanja kojima se treba pozabaviti;na primjer, zanima nas možemo li koristiti takve čipove za generiranje novih vrsta kvantnog zračenja kojima se može manipulirati u iznimno kratkim vremenskim razmacima.Takvi se valovi u kvantnoj znanosti mogu koristiti za kontrolu kvantnih objekata”, zaključila je.
Vrijeme objave: 14. veljače 2023