Os investigadores desenvolveron un chip extremadamente delgado cun circuíto fotónico integrado que podería usarse para explotar a chamada brecha de terahercios, situada entre 0,3 e 30 THz no espectro electromagnético, para espectroscopia e imaxe.
Esta brecha é actualmente unha especie de zona morta tecnolóxica, que describe frecuencias demasiado rápidas para os dispositivos electrónicos e de telecomunicacións actuais, pero demasiado lentas para 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.Un control tan preciso podería permitir que a radiación de terahercios sexa aproveitada para aplicacións de próxima xeración tanto no ámbito electrónico como óptico.
O traballo, realizado entre a EPFL, a ETH Zurich e a Universidade de Harvard, publicouse enComunicacións da natureza.
Cristina Benea-Chelmus, que dirixiu a investigación no Laboratorio de Fotónica Híbrida (HYLAB) da Escola de Enxeñaría da EPFL, explicou que, aínda que antes se producían ondas de terahercios nun entorno de laboratorio, os enfoques anteriores dependeron principalmente de cristais a granel para xerar o correcto. frecuencias.Pola contra, o uso do seu laboratorio do circuíto fotónico, feito de niobato de litio e finamente gravado a escala nanométrica por colaboradores da Universidade de Harvard, permite un enfoque moito máis racionalizado.O uso dun substrato de silicio tamén fai que o dispositivo sexa axeitado para a súa integración en sistemas electrónicos e ópticos.
"Xerar ondas a frecuencias moi altas é moi desafiante e hai moi poucas técnicas que poidan xeralas con patróns únicos", explicou."Agora somos capaces de deseñar a forma temporal exacta das ondas de terahercios, para dicir esencialmente: 'Quero unha forma de onda que se vexa así'".
Para conseguilo, o laboratorio de Benea-Chelmus deseñou a disposición das canles do chip, chamadas guías de ondas, de tal xeito que as antenas microscópicas poderían utilizarse para emitir ondas de terahercios xeradas pola luz das fibras ópticas.
“O feito de que o noso dispositivo xa faga uso dun sinal óptico estándar é realmente unha vantaxe, porque significa que estes novos chips poden usarse con láseres tradicionais, que funcionan moi ben e se entenden moi ben.Significa que o noso dispositivo é compatible coas telecomunicacións", subliñou 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 de niobato de litio miniaturizados en espectroscopia e imaxe.Ademais de non ser ionizantes, as ondas de terahercios teñen moita menor enerxía que moitos outros tipos de ondas (como os raios X) que se usan 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 enviando radiación de terahercios a través dun material que che interesa e analizándoo para medir a resposta do material, dependendo da súa estrutura molecular.Todo isto desde un dispositivo máis pequeno que unha cabeza de misto", dixo.
A continuación, Benea-Chelmus planea centrarse en axustar as propiedades das guías de ondas e das antenas do chip para crear formas de onda con maiores amplitudes e frecuencias e taxas de desintegración 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, estamos interesados en saber se podemos usar tales chips para xerar novos tipos de radiación cuántica que se poidan manipular en escalas de tempo extremadamente curtas.Tales ondas na ciencia cuántica poden usarse para controlar obxectos cuánticos", concluíu.
Hora de publicación: 14-feb-2023