Uns investigadores desenvolveron un chip extremadamente delgado cun circuíto fotónico integrado que podería empregarse para aproveitar a chamada fenda de terahercios (situada entre 0,3 e 30 THz no espectro electromagnético) para espectroscopia e obtención de imaxes.
Esta brecha é actualmente unha especie de zona morta tecnolóxica, que describe frecuencias que son demasiado rápidas para os dispositivos electrónicos e de telecomunicacións actuais, pero demasiado lentas para as aplicacións de óptica e imaxe.
Non obstante, o novo chip dos científicos agora permítelles producir ondas de terahercios con frecuencia, lonxitude de onda, amplitude e fase adaptadas. Este control preciso podería permitir aproveitar a radiación de terahercios para aplicacións de próxima xeración tanto no ámbito electrónico como no óptico.
O traballo, realizado entre a EPFL, a ETH de Zúric e a Universidade de Harvard, foi publicado enComunicacións coa natureza.
Cristina Benea-Chelmus, que dirixiu a investigación no Laboratorio de Fotónica Híbrida (HYLAB) da Escola de Enxeñaría da EPFL, explicou que, aínda que as ondas de terahercios xa se produciron nun laboratorio antes, as abordaxes anteriores baseábanse principalmente en cristais a granel para xerar as frecuencias correctas. En cambio, o uso que fai o seu laboratorio do circuíto fotónico, feito de niobato de litio e finamente gravado a escala nanométrica por colaboradores da Universidade de Harvard, supón unha abordaxe moito máis optimizada. O uso dun substrato de silicio tamén fai que o dispositivo sexa axeitado para a integración en sistemas electrónicos e ópticos.
«Xerar ondas a frecuencias moi altas é extremadamente complexo e existen moi poucas técnicas que poidan xeralas con patróns únicos», explicou. «Agora somos capaces de deseñar a forma temporal exacta das ondas de terahercios, é dicir, esencialmente: "Quero unha forma de onda que se pareza a isto"».
Para conseguilo, o laboratorio de Benea-Chelmus deseñou a disposición de canles do chip, chamadas guías de onda, de tal xeito que se puidesen usar antenas microscópicas para emitir ondas de terahercios xeradas pola luz das fibras ópticas.
«O feito de que o noso dispositivo xa empregue un sinal óptico estándar é unha verdadeira vantaxe, porque significa que estes novos chips pódense usar con láseres tradicionais, que funcionan moi ben e son moi ben coñecidos. Significa que o noso dispositivo é compatible coas telecomunicacións», salientou Benea-Chelmus. Engadiu que os dispositivos miniaturizados que envían e reciben sinais no rango de terahercios poderían desempeñar un papel fundamental nos sistemas móbiles de sexta xeración (6G).
No mundo da óptica, Benea-Chelmus ve un potencial particular para os chips miniaturizados de niobato de litio en espectroscopia e imaxe. Ademais de non seren ionizantes, as ondas de terahercios teñen unha enerxía moito menor que moitos outros tipos de ondas (como os raios X) que se empregan actualmente para proporcionar información sobre a composición dun material, xa sexa un óso ou unha pintura ao óleo. Polo tanto, un dispositivo compacto e non destrutivo como o chip de niobato de litio podería proporcionar unha alternativa menos invasiva ás técnicas espectrográficas actuais.
«Poderías imaxinar enviar radiación de terahercios a través dun material que che interesa e analizala para medir a resposta do material, dependendo da súa estrutura molecular. Todo isto desde un dispositivo máis pequeno que a cabeza dunha cerilla», dixo.
A continuación, Benea-Chelmus planea centrarse en axustar as propiedades das guías de onda e antenas do chip para deseñar formas de onda con maiores amplitudes e frecuencias e taxas de decaemento máis afinadas. Tamén ve potencial para que a tecnoloxía de terahercios desenvolvida no seu laboratorio sexa útil para aplicacións cuánticas.
«Hai moitas cuestións fundamentais que abordar; por exemplo, interésanos saber se podemos usar estes chips para xerar novos tipos de radiación cuántica que se poidan manipular en escalas de tempo extremadamente curtas. Estas ondas na ciencia cuántica pódense usar para controlar obxectos cuánticos», concluíu.
Data de publicación: 14 de febreiro de 2023
