Даследчыкі распрацавалі надзвычай тонкі чып з інтэграванай фатоннай схемай, які можа быць выкарыстаны для выкарыстання так званага тэрагерцавага зазору - які знаходзіцца паміж 0,3-30 ТГц у электрамагнітным спектры - для спектраскапіі і візуалізацыі.
Гэты разрыў у цяперашні час з'яўляецца чымсьці накшталт тэхналагічнай мёртвай зоны, якая апісвае частоты, якія занадта высокія для сучаснай электронікі і тэлекамунікацыйных прылад, але занадта павольныя для аптыкі і прыкладанняў для візуалізацыі.
Аднак новы чып навукоўцаў цяпер дазваляе ім ствараць тэрагерцавыя хвалі з індывідуальнай частатой, даўжынёй хвалі, амплітудай і фазай.Такі дакладны кантроль можа дазволіць выкарыстоўваць тэрагерцавае выпраменьванне для прымянення наступнага пакалення як у электроннай, так і ў аптычнай сферах.
Праца, праведзеная паміж EPFL, ETH Zurich і Гарвардскім універсітэтам, была апублікавана ўКамунікацыі прыроды.
Крысціна Бенеа-Чэлмус, якая кіравала даследаваннем у Лабараторыі гібрыднай фатонікі (HYLAB) Інжынернай школы EPFL, патлумачыла, што ў той час як тэрагерцавыя хвалі ствараліся ў лабараторных умовах і раней, папярэднія падыходы абапіраліся ў асноўным на аб'ёмныя крышталі для стварэння правільных частоты.Замест гэтага выкарыстанне ў яе лабараторыі фатоннай схемы, вырабленай з ніябату літыя і дакладна выгравіраванай у нанаметровым маштабе супрацоўнікамі з Гарвардскага універсітэта, робіць нашмат больш рацыянальны падыход.Выкарыстанне крамянёвай падкладкі таксама робіць прыладу прыдатнай для інтэграцыі ў электронныя і аптычныя сістэмы.
«Генерацыя хваль на вельмі высокіх частотах надзвычай складаная, і існуе вельмі мала метадаў, якія могуць генераваць іх з унікальнымі ўзорамі», - патлумачыла яна.«Цяпер мы можам сканструяваць дакладную часовую форму тэрагерцавых хваль, кажучы па сутнасці: «Я хачу, каб форма хвалі выглядала так».
Каб дасягнуць гэтага, лабараторыя Бенеа-Чэлмуса распрацавала ў чыпе размяшчэнне каналаў, званых хваляводамі, такім чынам, каб мікраскапічныя антэны маглі выкарыстоўвацца для трансляцыі тэрагерцавых хваль, якія генеруюцца святлом ад аптычных валокнаў.
«Той факт, што наша прылада ўжо выкарыстоўвае стандартны аптычны сігнал, з'яўляецца перавагай, таму што гэта азначае, што гэтыя новыя чыпы можна выкарыстоўваць з традыцыйнымі лазерамі, якія працуюць вельмі добра і добра зразумелыя.Гэта азначае, што наша прылада тэлекамунікацыйная», — падкрэсліла Бенеа-Чэлмус.Яна дадала, што мініяцюрныя прылады, якія пасылаюць і прымаюць сігналы ў тэрагерцавым дыяпазоне, могуць гуляць ключавую ролю ў мабільных сістэмах шостага пакалення (6G).
У свеце оптыкі Benea-Chelmus бачыць асаблівы патэнцыял для мініяцюрных чыпаў ніябату літыя ў спектраскапіі і візуалізацыі.Акрамя таго, што тэрагерцавыя хвалі не з'яўляюцца іанізуючымі, яны маюць значна меншую энергію, чым многія іншыя тыпы хваль (напрыклад, рэнтгенаўскія прамяні), якія ў цяперашні час выкарыстоўваюцца для атрымання інфармацыі аб складзе матэрыялу - няхай гэта будзе костка або карціна алеем.Такім чынам, кампактная неразбуральная прылада, такая як чып з ніябату літыя, магла б стаць менш інвазіўнай альтэрнатывай сучасным спектраграфічным метадам.
«Вы можаце ўявіць сабе, што тэрагерцавае выпраменьванне адпраўляецца праз матэрыял, які вас цікавіць, і аналізуе яго, каб вымераць рэакцыю матэрыялу ў залежнасці ад яго малекулярнай структуры.Усё гэта з прылады, меншай за запалкавую галоўку», — сказала яна.
Далей Benea-Chelmus плануе засяродзіцца на наладжванні ўласцівасцей хваляводаў і антэн чыпа для распрацоўкі сігналаў з большай амплітудай і больш дакладна настроенымі частотамі і хуткасцямі згасання.Яна таксама бачыць патэнцыял для тэхналогіі тэрагерц, распрацаванай у яе лабараторыі, каб быць карыснай для квантавых прыкладанняў.
«Ёсць шмат фундаментальных пытанняў, якія трэба вырашыць;напрыклад, нас цікавіць, ці можам мы выкарыстоўваць такія чыпы для генерацыі новых тыпаў квантавага выпраменьвання, якім можна маніпуляваць у вельмі кароткія тэрміны.Такія хвалі ў квантавай навуцы можна выкарыстоўваць для кіравання квантавымі аб'ектамі», - заключыла яна.
Час публікацыі: 14 лютага 2023 г