Istraživači su razvili izuzetno tanki čip s integriranim fotonskim kolom koji bi se mogao koristiti za iskorištavanje takozvanog terahercnog jaza – koji se nalazi između 0,3-30 THz u elektromagnetnom spektru – za spektroskopiju i snimanje.
Ovaj jaz trenutno predstavlja neku vrstu tehnološke mrtve zone, opisujući frekvencije koje su prebrze za današnje elektronske i telekomunikacijske uređaje, ali prespore za optiku i aplikacije za snimanje.
Međutim, novi čip naučnika sada im omogućava da proizvode terahercne talase sa prilagođenom frekvencijom, talasnom dužinom, amplitudom i fazom. Takva precizna kontrola mogla bi omogućiti iskorištavanje terahercnog zračenja za primjenu sljedeće generacije, kako u elektronskoj tako i u optičkoj oblasti.
Rad, koji su proveli EPFL, ETH Zurich i Univerzitet Harvard, objavljen je uKomunikacije u prirodi.
Cristina Benea-Chelmus, koja je vodila istraživanje u Laboratoriji za hibridnu fotoniku (HYLAB) na Inženjerskom fakultetu EPFL-a, objasnila je da, iako su terahercni talasi i ranije proizvedeni u laboratorijskim uslovima, prethodni pristupi su se prvenstveno oslanjali na kristale u rasutom stanju za generisanje pravih frekvencija. Umjesto toga, upotreba fotonskog kola u njenoj laboratoriji, napravljenog od litijum niobata i fino nagrizenog na nanometarskoj skali od strane saradnika sa Univerziteta Harvard, omogućava mnogo efikasniji pristup. Upotreba silicijumske podloge takođe čini uređaj pogodnim za integraciju u elektronske i optičke sisteme.
„Generisanje talasa na veoma visokim frekvencijama je izuzetno izazovno i postoji vrlo malo tehnika koje ih mogu generisati sa jedinstvenim obrascima“, objasnila je. „Sada smo u mogućnosti da konstruišemo tačan vremenski oblik terahercnih talasa – da u suštini kažemo: 'Želim talasni oblik koji izgleda ovako.'“
Da bi se to postiglo, laboratorija Benea-Chelmus je dizajnirala raspored kanala čipa, nazvanih talasovodi, na takav način da se mikroskopske antene mogu koristiti za emitovanje terahercnih talasa generisanih svetlosti 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 rade vrlo dobro i vrlo su dobro razumljivi. To znači da je naš uređaj kompatibilan s telekomunikacijama“, naglasila je Benea-Chelmus. Dodala je da bi minijaturizirani uređaji koji šalju i primaju signale u terahercnom rasponu mogli igrati ključnu ulogu u mobilnim sistemima šeste generacije (6G).
U svijetu optike, Benea-Chelmus vidi poseban potencijal za minijaturizirane litijum-niobatne čipove u spektroskopiji i snimanju. Osim što nisu jonizujući, terahercni talasi su mnogo niže energije od mnogih drugih vrsta talasa (kao što su rendgenski zraci) koji se trenutno koriste za pružanje informacija o sastavu materijala - bilo da se radi o kosti ili uljanoj slici. Kompaktni, nedestruktivni uređaj poput litijum-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 iz uređaja manjeg od glave šibice“, rekla je.
Benea-Chelmus planira da se fokusira na podešavanje svojstava talasovoda i antena čipa kako bi konstruisala talasne oblike sa većim amplitudama i finije podešenim frekvencijama i brzinama raspada. Ona takođe vidi potencijal da terahercna tehnologija razvijena u njenoj laboratoriji bude korisna za kvantne primjene.
„Postoji mnogo fundamentalnih pitanja na koja treba odgovoriti; na primjer, zanima nas da li možemo koristiti takve čipove za generiranje novih vrsta kvantnog zračenja kojima se može manipulirati u izuzetno kratkim vremenskim okvirima. Takvi valovi u kvantnoj nauci mogu se koristiti za kontrolu kvantnih objekata“, zaključila je.
Vrijeme objave: 14. februar 2023.
