esearchers telah membangunkan cip yang sangat nipis dengan litar fotonik bersepadu yang boleh digunakan untuk mengeksploitasi apa yang dipanggil jurang terahertz - terletak antara 0.3-30THz dalam spektrum elektromagnet - untuk spektroskopi dan pengimejan.
Jurang ini pada masa ini merupakan zon mati teknologi, menggambarkan frekuensi yang terlalu pantas untuk peranti elektronik dan telekomunikasi hari ini, tetapi terlalu perlahan untuk aplikasi optik dan pengimejan.
Bagaimanapun, cip baharu saintis kini membolehkan mereka menghasilkan gelombang terahertz dengan frekuensi, panjang gelombang, amplitud dan fasa yang disesuaikan. Kawalan tepat sedemikian boleh membolehkan sinaran terahertz dimanfaatkan untuk aplikasi generasi akan datang dalam kedua-dua alam elektronik dan optik.
Kerja yang dijalankan antara EPFL, ETH Zurich dan Universiti Harvard, telah diterbitkan dalamKomunikasi Alam Semula Jadi.
Cristina Benea-Chelmus, yang mengetuai penyelidikan di Makmal Fotonik Hibrid (HYLAB) di Sekolah Kejuruteraan EPFL, menjelaskan bahawa walaupun gelombang terahertz telah dihasilkan dalam persekitaran makmal sebelum ini, pendekatan sebelumnya bergantung terutamanya pada kristal pukal untuk menjana frekuensi yang betul. Sebaliknya, penggunaan litar fotonik oleh makmalnya, diperbuat daripada litium niobate dan terukir halus pada skala nanometer oleh rakan usaha sama di Universiti Harvard, menjadikan pendekatan yang lebih diperkemas. Penggunaan substrat silikon juga menjadikan peranti itu sesuai untuk penyepaduan ke dalam sistem elektronik dan optik.
"Menjana gelombang pada frekuensi yang sangat tinggi adalah sangat mencabar, dan terdapat sangat sedikit teknik yang boleh menjananya dengan corak yang unik," jelasnya. “Kami kini boleh merekayasa bentuk temporal gelombang terahertz yang tepat – untuk mengatakan pada dasarnya, 'Saya mahukan bentuk gelombang yang kelihatan seperti ini.'”
Untuk mencapai matlamat ini, makmal Benea-Chelmus mereka bentuk susunan saluran cip, dipanggil pandu gelombang, dengan cara yang antena mikroskopik boleh digunakan untuk menyiarkan gelombang terahertz yang dihasilkan oleh cahaya daripada gentian optik.
"Hakikat bahawa peranti kami sudah menggunakan isyarat optik standard benar-benar satu kelebihan, kerana ini bermakna cip baharu ini boleh digunakan dengan laser tradisional, yang berfungsi dengan baik dan sangat difahami dengan baik. Ini bermakna peranti kami serasi dengan telekomunikasi," tegas Benea-Chelmus. Beliau menambah bahawa peranti kecil yang menghantar dan menerima isyarat dalam julat terahertz boleh memainkan peranan penting dalam sistem mudah alih generasi keenam (6G).
Dalam dunia optik, Benea-Chelmus melihat potensi khusus untuk cip litium niobate kecil dalam spektroskopi dan pengimejan. Selain bukan pengion, gelombang terahertz adalah tenaga yang jauh lebih rendah daripada banyak jenis gelombang lain (seperti sinar-x) yang digunakan pada masa ini untuk memberikan maklumat tentang komposisi bahan – sama ada tulang atau lukisan minyak. Oleh itu, peranti yang padat dan tidak merosakkan seperti cip litium niobate boleh memberikan alternatif yang kurang invasif kepada teknik spektrografi semasa.
"Anda boleh bayangkan menghantar sinaran terahertz melalui bahan yang anda minati dan menganalisisnya untuk mengukur tindak balas bahan, bergantung pada struktur molekulnya. Semua ini daripada peranti yang lebih kecil daripada kepala mancis," katanya.
Seterusnya, Benea-Chelmus merancang untuk menumpukan pada mengubahsuai sifat pandu gelombang dan antena cip untuk merekayasa bentuk gelombang dengan amplitud yang lebih besar, dan frekuensi yang lebih halus dan kadar pereputan. Dia juga melihat potensi teknologi terahertz yang dibangunkan di makmalnya untuk berguna untuk aplikasi kuantum.
"Terdapat banyak soalan asas untuk ditangani; sebagai contoh, kami berminat sama ada kami boleh menggunakan cip tersebut untuk menjana jenis sinaran kuantum baharu yang boleh dimanipulasi pada skala masa yang sangat singkat. Gelombang sedemikian dalam sains kuantum boleh digunakan untuk mengawal objek kuantum, "katanya menyimpulkan.
Masa siaran: Feb-14-2023
