Istraživači su razvili izuzetno tanak čip sa integrisanim fotonskim kolom koji bi se mogao koristiti za iskorištavanje takozvanog teraherc jaza – koji leži između 0,3-30 THz u elektromagnetnom 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 aplikacije u optici i slikama.
Međutim, novi čip naučnika sada im omogućava da proizvode teraherc talase sa prilagođenom frekvencijom, talasnom dužinom, amplitudom i fazom.Takva precizna kontrola mogla bi omogućiti da se teraherc zračenje iskoristi za primjenu sljedeće generacije kako u elektronskom tako i u optičkom području.
Rad, sproveden između EPFL, ETH Zurich i Univerziteta Harvard, objavljen je uNature Communications.
Cristina Benea-Chelmus, koja je vodila istraživanje u Laboratoriji za hibridnu fotoniku (HYLAB) na EPFL-ovoj školi inženjeringa, objasnila je da, iako su teraherc valovi ranije bili proizvedeni u laboratorijskim uvjetima, prethodni pristupi su se prvenstveno oslanjali na velike kristale za stvaranje pravih frekvencije.Umjesto toga, njena laboratorijska upotreba fotonskog kola, napravljenog od litijum niobata i fino urezana u nanometarskoj skali od strane saradnika sa Univerziteta Harvard, čini mnogo jednostavniji pristup.Upotreba silikonskog supstrata takođe čini uređaj pogodnim za integraciju u elektronske i optičke sisteme.
„Generisanje talasa na veoma visokim frekvencijama je izuzetno izazovno, a postoji vrlo malo tehnika koje ih mogu generisati sa jedinstvenim obrascima“, objasnila je ona.„Sada smo u mogućnosti da konstruišemo tačan vremenski oblik teraherc talasa – da u suštini kažemo: 'Želim talasni oblik koji izgleda ovako'.”
Da bi se to postiglo, Benea-Chelmusova laboratorija je dizajnirala raspored kanala čipa, nazvanih talasovoda, na takav način da se mikroskopske antene mogu koristiti za emitovanje teraherc talasa generisanih svetlošću iz optičkih vlakana.
“Činjenica da naš uređaj već koristi standardni optički signal je zaista prednost, jer to znači da se ovi novi čipovi mogu koristiti sa tradicionalnim laserima, koji rade vrlo dobro i vrlo dobro se razumiju.To znači da je naš uređaj kompatibilan s telekomunikacijama”, naglasio je Benea-Chelmus.Ona je dodala da bi minijaturizirani uređaji koji šalju i primaju signale u terahercnom opsegu mogli igrati ključnu ulogu u mobilnim sistemima šeste generacije (6G).
U svijetu optike, Benea-Chelmus vidi poseban potencijal za minijaturne čipove od litijum niobata u spektroskopiji i snimanju.Osim što nisu jonizirajući, teraherc valovi su mnogo niže energije od mnogih drugih vrsta valova (kao što su rendgenski zraci) koji se trenutno koriste za pružanje informacija o sastavu materijala – bilo da se radi o kosti ili uljanoj slici.Kompaktan, nedestruktivan uređaj kao što je čip litijum niobata mogao bi stoga pružiti manje invazivnu alternativu trenutnim spektrografskim tehnikama.
“Možete zamisliti da šaljete teraherc zračenje kroz materijal koji vas zanima i analizirate ga kako biste izmjerili odgovor materijala, ovisno o njegovoj molekularnoj strukturi.Sve to iz uređaja manjeg od šibice”, rekla je.
Zatim, Benea-Chelmus planira da se usredsredi na podešavanje svojstava talasovoda i antena čipa za projektovanje talasnih oblika sa većim amplitudama i finije podešenim frekvencijama i stopama opadanja.Ona također vidi potencijal da teraherc tehnologija razvijena u njenoj laboratoriji bude korisna za kvantne primjene.
„Postoji mnoga fundamentalna pitanja za rješavanje;na primjer, zanima nas da li možemo koristiti takve čipove za generiranje novih tipova kvantnog zračenja kojima se može manipulirati u ekstremno kratkim vremenskim razmacima.Takvi valovi u kvantnoj nauci mogu se koristiti za kontrolu kvantnih objekata”, zaključila je.
Vrijeme objave: Feb-14-2023