Даследчыкі распрацавалі надзвычай тонкі чып з інтэграванай фатоннай схемай, які можна выкарыстоўваць для выкарыстання так званай тэрагерцавай шчыліны — якая знаходзіцца паміж 0,3 і 30 ТГц у электрамагнітным спектры — для спектраскапіі і візуалізацыі.
Гэты прамежак у цяперашні час з'яўляецца чымсьці накшталт тэхналагічнай мёртвай зоны, якая апісвае частоты, занадта хуткія для сучаснай электронікі і тэлекамунікацыйных прылад, але занадта павольныя для оптыкі і прыкладанняў візуалізацыі.
Аднак новы чып навукоўцаў цяпер дазваляе ім генераваць тэрагерцавыя хвалі з зададзенай частатой, даўжынёй хвалі, амплітудай і фазай. Такое дакладнае кіраванне можа дазволіць выкарыстоўваць тэрагерцавае выпраменьванне для прымянення наступнага пакалення як у электроннай, так і ў аптычнай сферах.
Праца, праведзеная сумесна EPFL, ETH Zurich і Гарвардскім універсітэтам, была апублікавана ўПрыродазнаўчыя камунікацыі.
Крысціна Бенеа-Хелмус, якая кіравала даследаваннямі ў Лабараторыі гібрыднай фатонікі (HYLAB) Інжынернай школы EPFL, растлумачыла, што, хоць тэрагерцавыя хвалі і раней атрымліваліся ў лабараторных умовах, папярэднія падыходы ў асноўным абапіраліся на аб'ёмныя крышталі для генерацыі патрэбных частот. Замест гэтага выкарыстанне ў яе лабараторыі фатоннай схемы, вырабленай з ніабата літыя і тонка вытраўленай у нанаметровым маштабе супрацоўнікамі Гарвардскага ўніверсітэта, робіць падыход значна больш аптымальным. Выкарыстанне крэмніевай 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 дазваляюць генераваць іх з унікальнымі ўзорамі», — патлумачыла яна. «Цяпер мы можам спраектаваць дакладную часавую форму тэрагерцавых хваль — па сутнасці сказаць: «Я хачу, каб форма хвалі выглядала вось так»».
Каб дасягнуць гэтага, лабараторыя Бенеа-Чэлмус распрацавала размяшчэнне каналаў чыпа, якія называюцца хваляводамі, такім чынам, што мікраскапічныя антэны можна было выкарыстоўваць для трансляцыі тэрагерцавых хваль, якія генеруюцца святлом з аптычных валокнаў.
«Тое, што наша прылада ўжо выкарыстоўвае стандартны аптычны сігнал, сапраўды з'яўляецца перавагай, бо гэта азначае, што гэтыя новыя чыпы можна выкарыстоўваць з традыцыйнымі лазерамі, якія працуюць вельмі добра і добра вывучаны. Гэта азначае, што наша прылада сумяшчальная з тэлекамунікацыямі», — падкрэсліла Бенеа-Хелмус. Яна дадала, што мініяцюрныя прылады, якія адпраўляюць і прымаюць сігналы ў тэрагерцавым дыяпазоне, могуць адыграць ключавую ролю ў мабільных сістэмах шостага пакалення (6G).
У свеце оптыкі Бенеа-Хелмус бачыць асаблівы патэнцыял мініяцюрных чыпаў з ніабата літыя ў спектраскапіі і візуалізацыі. Акрамя таго, што тэрагерцавыя хвалі не іанізуюць, 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 косць ці карціна алеем. Такім чынам, кампактная неразбуральная прылада, такая як чып з ніабата літыя, можа забяспечыць менш інвазівную альтэрнатыву сучасным спектраграфічным метадам.
«Вы можаце ўявіць сабе, як прапускаеце тэрагерцавае выпраменьванне праз матэрыял, які вас цікавіць, і аналізуеце яго, каб вымераць рэакцыю матэрыялу ў залежнасці ад яго малекулярнай структуры. Усё гэта з дапамогай прылады памерам менш за галоўку запалкі», — сказала яна.
Далей Бенеа-Чэлмус плануе засяродзіцца на карэкціроўцы ўласцівасцей хваляводаў і антэн чыпа для стварэння сігналаў з большай амплітудай, а таксама больш дакладна настроенымі частотамі і хуткасцямі затухання. Яна таксама бачыць патэнцыял у тэрагерцавай тэхналогіі, распрацаванай у яе лабараторыі, для выкарыстання ў квантавых прымяненнях.
«Ёсць шмат фундаментальных пытанняў, якія трэба вырашыць; напрыклад, нас цікавіць, ці можам мы выкарыстоўваць такія чыпы для стварэння новых тыпаў квантавага выпраменьвання, якім можна маніпуляваць у надзвычай кароткія тэрміны. Такія хвалі ў квантавай навуцы можна выкарыстоўваць для кіравання квантавымі аб'ектамі», — падсумавала яна.
Час публікацыі: 14 лютага 2023 г.
