Els investigadors han desenvolupat un xip extremadament prim amb un circuit fotònic integrat que es podria utilitzar per explotar l'anomenat buit de terahertz, que es troba entre 0,3 i 30 THz a l'espectre electromagnètic, per a l'espectroscòpia i la imatge.
Aquesta bretxa és actualment una mena de zona morta tecnològica, que descriu freqüències massa ràpides per als dispositius electrònics i de telecomunicacions actuals, però massa lentes per a aplicacions d'òptica i imatge.
Tanmateix, el nou xip dels científics ara els permet produir ones de terahertzs amb freqüència, longitud d'ona, amplitud i fase adaptades.Un control tan precís podria permetre aprofitar la radiació de terahertz per a aplicacions de nova generació tant en l'àmbit electrònic com òptic.
El treball, realitzat entre l'EPFL, l'ETH Zurich i la Universitat de Harvard, s'ha publicat aComunicacions de la natura.
Cristina Benea-Chelmus, que va dirigir la investigació al Laboratori de Fotònica Híbrida (HYLAB) de l'Escola d'Enginyeria de l'EPFL, va explicar que, si bé abans s'han produït ones de terahertz en un entorn de laboratori, els enfocaments anteriors s'han basat principalment en cristalls a granel per generar el correcte. freqüències.En canvi, l'ús del seu laboratori del circuit fotònic, fet de niobat de liti i finament gravat a escala nanomètrica per col·laboradors de la Universitat de Harvard, fa que sigui molt més racionalitzat.L'ús d'un substrat de silici també fa que el dispositiu sigui adequat per a la integració en sistemes electrònics i òptics.
"Generar ones a freqüències molt altes és extremadament difícil i hi ha molt poques tècniques que les puguin generar amb patrons únics", va explicar."Ara podem dissenyar la forma temporal exacta de les ones de terahertz, per dir essencialment:" Vull una forma d'ona que sembli així".
Per aconseguir-ho, el laboratori de Benea-Chelmus va dissenyar la disposició dels canals del xip, anomenades guies d'ones, de manera que es podien utilitzar antenes microscòpiques per emetre ones de terahertz generades per la llum de fibres òptiques.
“El fet que el nostre dispositiu ja faci ús d'un senyal òptic estàndard és realment un avantatge, perquè vol dir que aquests nous xips es poden utilitzar amb làsers tradicionals, que funcionen molt bé i s'entenen molt bé.Significa que el nostre dispositiu és compatible amb les telecomunicacions", va subratllar Benea-Chelmus.Va afegir que els dispositius miniaturitzats que envien i reben senyals en el rang de terahertz podrien tenir un paper clau en els sistemes mòbils de sisena generació (6G).
En el món de l'òptica, Benea-Chelmus veu un potencial particular per als xips de niobat de liti miniaturitzats en espectroscòpia i imatge.A més de ser no ionitzants, les ones de terahertz tenen una energia molt més baixa que molts altres tipus d'ones (com ara els raigs X) que s'utilitzen actualment per proporcionar informació sobre la composició d'un material, ja sigui un os o una pintura a l'oli.Per tant, un dispositiu compacte i no destructiu com el xip de niobat de liti podria proporcionar una alternativa menys invasiva a les tècniques espectrogràfiques actuals.
"Podeu imaginar-vos enviar radiació de terahertzs a través d'un material que us interessa i analitzar-lo per mesurar la resposta del material, en funció de la seva estructura molecular.Tot això des d'un dispositiu més petit que un capçal de llumins", va dir.
A continuació, Benea-Chelmus té previst centrar-se a ajustar les propietats de les guies d'ona i les antenes del xip per dissenyar formes d'ona amb amplituds més grans i freqüències i taxes de decadència més afinades.També veu potencial que la tecnologia de terahertz desenvolupada al seu laboratori sigui útil per a aplicacions quàntiques.
“Hi ha moltes preguntes fonamentals per abordar;per exemple, ens interessa si podem utilitzar aquests xips per generar nous tipus de radiació quàntica que es puguin manipular en escales de temps extremadament curtes.Aquestes ones en la ciència quàntica es poden utilitzar per controlar objectes quàntics", va concloure.
Hora de publicació: 14-feb-2023