Výzkumníci vyvinuli extrémně tenký čip s integrovaným fotonickým obvodem, který by mohl být použit k využití takzvané terahertzové mezery – ležící mezi 0,3-30 THz v elektromagnetickém spektru – pro spektroskopii a zobrazování.
Tato mezera je v současnosti něco jako technologická mrtvá zóna, popisující frekvence, které jsou příliš rychlé pro dnešní elektroniku a telekomunikační zařízení, ale příliš pomalé pro optiku a zobrazovací aplikace.
Nový čip vědců jim však nyní umožňuje produkovat terahertzové vlny s přizpůsobenou frekvencí, vlnovou délkou, amplitudou a fází.Takové přesné řízení by mohlo umožnit využití terahertzového záření pro aplikace nové generace v elektronické i optické sféře.
Práce provedená mezi EPFL, ETH Zurich a University of Harvard byla publikována vPříroda komunikace.
Cristina Benea-Chelmus, která vedla výzkum v Laboratory of Hybrid Photonics (HYLAB) na EPFL's School of Engineering, vysvětlila, že zatímco terahertzové vlny byly produkovány v laboratorním prostředí dříve, předchozí přístupy se spoléhaly především na objemové krystaly, které generovaly správný frekvence.Místo toho použití fotonického obvodu vyrobeného z niobátu lithného a jemně leptaného v nanometrovém měřítku spolupracovníky z Harvardské univerzity v její laboratoři umožňuje mnohem efektivnější přístup.Použití křemíkového substrátu také činí zařízení vhodným pro integraci do elektronických a optických systémů.
"Generování vln na velmi vysokých frekvencích je extrémně náročné a existuje jen velmi málo technik, které je mohou generovat s jedinečnými vzory," vysvětlila."Nyní jsme schopni vytvořit přesný časový tvar terahertzových vln - v podstatě říci: 'Chci tvar vlny, který vypadá takto."
Aby toho bylo dosaženo, laboratoř Benea-Chelmus navrhla uspořádání kanálů čipu, nazývané vlnovody, takovým způsobem, aby bylo možné použít mikroskopické antény k vysílání terahertzových vln generovaných světlem z optických vláken.
„Skutečnost, že naše zařízení již využívá standardní optický signál, je skutečně výhodou, protože to znamená, že tyto nové čipy lze použít s tradičními lasery, které velmi dobře fungují a jsou velmi dobře srozumitelné.Znamená to, že naše zařízení je kompatibilní s telekomunikacemi,“ zdůraznil Benea-Chelmus.Dodala, že miniaturizovaná zařízení, která vysílají a přijímají signály v terahertzovém rozsahu, by mohla hrát klíčovou roli v mobilních systémech šesté generace (6G).
Ve světě optiky vidí Benea-Chelmus zvláštní potenciál pro miniaturizované lithium niobátové čipy ve spektroskopii a zobrazování.Kromě toho, že jsou terahertzové vlny neionizující, mají mnohem nižší energii než mnoho jiných typů vln (jako je rentgenové záření), které se v současnosti používají k poskytování informací o složení materiálu – ať už jde o kost nebo olejomalbu.Kompaktní, nedestruktivní zařízení, jako je lithium niobátový čip, by proto mohlo poskytnout méně invazivní alternativu k současným spektrografickým technikám.
„Dokázali byste si představit, že pošlete terahertzové záření materiálem, který vás zajímá, a analyzujete jej za účelem měření odezvy materiálu v závislosti na jeho molekulární struktuře.To vše ze zařízení menšího než hlavička zápalky,“ řekla.
Dále se společnost Benea-Chelmus plánuje zaměřit na vyladění vlastností vlnovodů a antén čipu, aby vytvořila tvary vln s většími amplitudami a jemněji vyladěnými frekvencemi a rychlostmi útlumu.Vidí také potenciál pro terahertzovou technologii vyvinutou v její laboratoři, aby byla užitečná pro kvantové aplikace.
„Existuje mnoho zásadních otázek, které je třeba řešit;například nás zajímá, zda můžeme takové čipy použít ke generování nových typů kvantového záření, které lze manipulovat v extrémně krátkých časových intervalech.Takové vlny v kvantové vědě lze použít k ovládání kvantových objektů,“ uzavřela.
Čas odeslání: 14. února 2023