Araştırmacılar, elektromanyetik spektrumda 0,3-30THz arasında yer alan terahertz boşluğunu spektroskopi ve görüntüleme için kullanabilecek, entegre fotonik devreye sahip son derece ince bir çip geliştirdiler.
Bu boşluk şu anda bir tür teknolojik ölü bölge olup, günümüzün elektronik ve telekomünikasyon cihazları için çok hızlı, ancak optik ve görüntüleme uygulamaları için çok yavaş olan frekansları tanımlamaktadır.
Ancak bilim insanlarının yeni çipi artık terahertz dalgalarını özel frekans, dalga boyu, genlik ve fazda üretmelerini sağlıyor. Bu tür hassas kontrol, terahertz radyasyonunun hem elektronik hem de optik alanlardaki yeni nesil uygulamalar için kullanılmasını sağlayabilir.
EPFL, ETH Zürih ve Harvard Üniversitesi arasında yürütülen çalışma yayınlandıDoğa İletişimleri.
EPFL Mühendislik Okulu'ndaki Hibrit Fotonik Laboratuvarı'nda (HYLAB) araştırmayı yöneten Cristina Benea-Chelmus, terahertz dalgalarının daha önce laboratuvar ortamında üretildiğini, ancak önceki yaklaşımların doğru frekansları üretmek için öncelikle yığın kristallere dayandığını açıkladı. Bunun yerine, Harvard Üniversitesi'ndeki işbirlikçileri tarafından nanometre ölçeğinde ince bir şekilde kazınmış lityum niyobattan yapılmış fotonik devrenin laboratuvarında kullanılması çok daha akıcı bir yaklaşım sağlıyor. Bir silikon alt tabakanın kullanımı da cihazı elektronik ve optik sistemlere entegre etmeye uygun hale getiriyor.
"Çok yüksek frekanslarda dalgalar üretmek son derece zordur ve bunları benzersiz desenlerle üretebilen çok az teknik vardır," diye açıkladı. "Artık terahertz dalgalarının tam zamansal şeklini tasarlayabiliyoruz - temelde, 'Bunun gibi görünen bir dalga formu istiyorum' demek için."
Bunu başarmak için Benea-Chelmus'un laboratuvarı, mikroskobik antenlerin optik fiberlerden gelen ışık tarafından üretilen terahertz dalgalarını yayınlamak için kullanılabilmesini sağlayacak şekilde, dalga kılavuzları adı verilen çipin kanal düzenlemesini tasarladı.
"Cihazımızın halihazırda standart bir optik sinyal kullanıyor olması gerçekten bir avantaj, çünkü bu yeni çiplerin çok iyi çalışan ve çok iyi anlaşılan geleneksel lazerlerle kullanılabileceği anlamına geliyor. Bu, cihazımızın telekomünikasyonla uyumlu olduğu anlamına geliyor," diye vurguladı Benea-Chelmus. Terahertz aralığında sinyal gönderen ve alan minyatür cihazların altıncı nesil mobil sistemlerde (6G) önemli bir rol oynayabileceğini de sözlerine ekledi.
Optik dünyasında, Benea-Chelmus minyatür lityum niyobat yongalarının spektroskopi ve görüntülemede özel bir potansiyeli olduğunu görmektedir. İyonlaştırıcı olmamalarının yanı sıra, terahertz dalgaları, şu anda bir malzemenin bileşimi hakkında bilgi sağlamak için kullanılan diğer birçok dalga türünden (örneğin x-ışınları) çok daha düşük enerjilidir - ister kemik ister yağlı boya olsun. Bu nedenle, lityum niyobat yongası gibi kompakt, tahribatsız bir cihaz, mevcut spektrografik tekniklere daha az invaziv bir alternatif sağlayabilir.
"İlgilendiğiniz bir malzemeye terahertz radyasyonu gönderip, moleküler yapısına bağlı olarak malzemenin tepkisini ölçmek için analiz edebileceğinizi hayal edebilirsiniz. Tüm bunlar bir kibrit başından daha küçük bir cihazdan yapılır," dedi.
Benea-Chelmus daha sonra, daha büyük genliklere ve daha ince ayarlanmış frekanslara ve bozunma oranlarına sahip dalga formları tasarlamak için çipin dalga kılavuzlarının ve antenlerinin özelliklerini değiştirmeye odaklanmayı planlıyor. Ayrıca laboratuvarında geliştirilen terahertz teknolojisinin kuantum uygulamaları için yararlı olma potansiyeli görüyor.
"Ele alınması gereken birçok temel soru var; örneğin, bu tür çipleri son derece kısa zaman ölçeklerinde işlenebilen yeni kuantum radyasyonu türleri üretmek için kullanıp kullanamayacağımızla ilgileniyoruz. Kuantum bilimindeki bu tür dalgalar kuantum nesnelerini kontrol etmek için kullanılabilir," diye sonlandırdı.
Gönderi zamanı: 14-Şub-2023
