Ang mga esearcher ay nakabuo ng isang napakanipis na chip na may pinagsamang photonic circuit na maaaring gamitin upang samantalahin ang tinatawag na terahertz gap - na nasa pagitan ng 0.3-30THz sa electromagnetic spectrum - para sa spectroscopy at imaging.
Ang agwat na ito ay kasalukuyang isang teknolohikal na dead zone, na naglalarawan ng mga frequency na masyadong mabilis para sa mga electronics at telecommunications device ngayon, ngunit masyadong mabagal para sa optics at imaging application.
Gayunpaman, ang bagong chip ng mga siyentipiko ay nagbibigay-daan na sa kanila na makagawa ng mga terahertz wave na may iniangkop na frequency, wavelength, amplitude at phase. Ang ganitong tumpak na kontrol ay maaaring magbigay-daan sa terahertz radiation na magamit para sa mga susunod na henerasyong aplikasyon sa parehong electronic at optical realms.
Ang gawain, na isinagawa sa pagitan ng EPFL, ETH Zurich at ng Unibersidad ng Harvard, ay nai-publish saKomunikasyon sa Kalikasan.
Ipinaliwanag ni Cristina Benea-Chelmus, na nanguna sa pananaliksik sa Laboratory of Hybrid Photonics (HYLAB) sa EPFL's School of Engineering, na habang ang mga terahertz wave ay ginawa sa isang setting ng lab dati, ang mga naunang diskarte ay pangunahing umasa sa mga bulk crystal upang makabuo ng mga tamang frequency. Sa halip, ang paggamit ng kanyang lab ng photonic circuit, na ginawa mula sa lithium niobate at pinong nakaukit sa sukat ng nanometer ng mga collaborator sa Harvard University, ay gumagawa para sa isang mas streamlined na diskarte. Ang paggamit ng isang silicon substrate ay ginagawang angkop din ang aparato para sa pagsasama sa mga electronic at optical system.
"Ang pagbuo ng mga alon sa napakataas na frequency ay lubhang mahirap, at may napakakaunting mga diskarte na maaaring makabuo ng mga ito gamit ang mga natatanging pattern," paliwanag niya. “Nagagawa na namin ngayong i-engineer ang eksaktong temporal na hugis ng terahertz waves – para sabihing, 'Gusto ko ng waveform na ganito ang hitsura.'”
Upang makamit ito, idinisenyo ng lab ng Benea-Chelmus ang pag-aayos ng mga channel ng chip, na tinatawag na mga waveguides, sa paraang magagamit ang mga microscopic antenna upang mag-broadcast ng mga terahertz wave na nabuo ng liwanag mula sa mga optical fiber.
"Ang katotohanan na ang aming aparato ay gumagamit na ng isang karaniwang optical signal ay talagang isang kalamangan, dahil nangangahulugan ito na ang mga bagong chip na ito ay maaaring gamitin sa mga tradisyonal na laser, na gumagana nang mahusay at lubos na nauunawaan. Nangangahulugan ito na ang aming aparato ay katugma sa telekomunikasyon," binibigyang-diin ni Benea-Chelmus. Idinagdag niya na ang mga miniaturized na device na nagpapadala at tumatanggap ng mga signal sa hanay ng terahertz ay maaaring magkaroon ng mahalagang papel sa ikaanim na henerasyong mga mobile system (6G).
Sa mundo ng optika, nakikita ng Benea-Chelmus ang partikular na potensyal para sa miniaturized na lithium niobate chips sa spectroscopy at imaging. Bilang karagdagan sa pagiging hindi nag-ionisa, ang mga terahertz wave ay mas mababa ang enerhiya kaysa sa maraming iba pang uri ng mga alon (tulad ng mga x-ray) na kasalukuyang ginagamit upang magbigay ng impormasyon tungkol sa komposisyon ng isang materyal – ito man ay buto o oil painting. Ang isang compact, non-destructive device tulad ng lithium niobate chip ay maaaring magbigay ng hindi gaanong invasive na alternatibo sa kasalukuyang spectrographic techniques.
"Maaari mong isipin na magpadala ng terahertz radiation sa pamamagitan ng isang materyal na interesado ka at sinusuri ito upang sukatin ang tugon ng materyal, depende sa istruktura ng molekular nito. Ang lahat ng ito ay mula sa isang aparato na mas maliit kaysa sa ulo ng tugma," sabi niya.
Susunod, plano ng Benea-Chelmus na tumuon sa pagsasaayos ng mga katangian ng mga waveguides at antenna ng chip upang mag-engineer ng mga waveform na may mas malalaking amplitude, at mas pinong nakatutok na mga frequency at mga rate ng pagkabulok. Nakikita rin niya ang potensyal para sa teknolohiyang terahertz na binuo sa kanyang lab upang maging kapaki-pakinabang para sa mga quantum application.
"Maraming pangunahing tanong na dapat tugunan; halimbawa, interesado kami kung magagamit ba namin ang mga ganitong chips upang makabuo ng mga bagong uri ng quantum radiation na maaaring manipulahin sa napakaikling mga timescale. Ang ganitong mga wave sa quantum science ay maaaring gamitin upang kontrolin ang mga quantum object, "pagtatapos niya.
Oras ng post: Peb-14-2023
