Esploristoj evoluigis ekstreme maldikan peceton kun integra fotonika cirkvito, kiu povus esti uzata por ekspluati la tiel nomatan terahercan interspacon — situantan inter 0,3-30 THz en la elektromagneta spektro — por spektroskopio kaj bildigo.
Tiu ĉi breĉo estas nuntempe ia teĥnologie morta zono, priskribante frekvencojn, kiuj estas tro rapidaj por la hodiaŭaj elektronikaj kaj telekomunikaj aparatoj, sed tro malrapidaj por optikaj kaj bildigaj aplikoj.
Tamen, la nova ĉipo de la sciencistoj nun ebligas al ili produkti terahercajn ondojn kun adaptitaj frekvenco, ondolongo, amplitudo kaj fazo. Tia preciza kontrolo povus ebligi la uzon de teraherca radiado por aplikoj de la sekva generacio en kaj la elektronika kaj la optika kampoj.
La laboro, farita inter EPFL, ETH Zuriko kaj la Universitato de Harvard, estis publikigita enNaturaj Komunikadoj.
Cristina Benea-Chelmus, kiu gvidis la esploradon en la Laboratorio de Hibrida Fotoniko (HYLAB) ĉe la Inĝenieristika Fakultato de EPFL, klarigis, ke dum terahercaj ondoj jam estis produktitaj en laboratorio antaŭe, antaŭaj aliroj fidis ĉefe je amasaj kristaloj por generi la ĝustajn frekvencojn. Anstataŭe, la uzo de la fotonika cirkvito en ŝia laboratorio, farita el litia niobato kaj fajne gratita je nanometra skalo fare de kunlaborantoj ĉe Universitato Harvard, kreas multe pli flulinian aliron. La uzo de silicia substrato ankaŭ igas la aparaton taŭga por integriĝo en elektronikajn kaj optikajn sistemojn.
“Generi ondojn je tre altaj frekvencoj estas ekstreme malfacila, kaj ekzistas tre malmultaj teknikoj, kiuj povas generi ilin kun unikaj ŝablonoj,” ŝi klarigis. “Ni nun kapablas realigi la precizan tempan formon de terahercaj ondoj – por diri esence, 'Mi volas ondformon, kiu aspektas tiel.'”
Por atingi tion, la laboratorio de Benea-Chelmus desegnis la aranĝon de kanaloj de la ico, nomataj ondgvidiloj, tiel ke mikroskopaj antenoj povus esti uzataj por elsendi terahercajn ondojn generitajn de lumo de optikaj fibroj.
“La fakto, ke nia aparato jam uzas norman optikan signalon, estas vere avantaĝo, ĉar ĝi signifas, ke ĉi tiuj novaj blatoj povas esti uzataj kun tradiciaj laseroj, kiuj funkcias tre bone kaj estas tre bone komprenataj. Ĝi signifas, ke nia aparato estas telekomunikad-kongrua,” emfazis Benea-Chelmus. Ŝi aldonis, ke miniaturigitaj aparatoj, kiuj sendas kaj ricevas signalojn en la teraherca gamo, povus ludi ŝlosilan rolon en la sesa-generaciaj moveblaj sistemoj (6G).
En la mondo de optiko, Benea-Chelmus vidas apartan potencialon por miniaturigitaj litiaj niobataj ĉipoj en spektroskopio kaj bildigo. Krom esti nejonigaj, terahercaj ondoj estas multe pli malaltenergiaj ol multaj aliaj specoj de ondoj (kiel ekzemple rentgenradioj) nuntempe uzataj por provizi informojn pri la konsisto de materialo - ĉu temas pri osto aŭ oleopentraĵo. Kompakta, nedetrua aparato kiel la litia niobata ĉipo povus tial provizi malpli invadan alternativon al nunaj spektrografiaj teknikoj.
“Vi povus imagi sendi terahercan radiadon tra materialo, kiu interesas vin, kaj analizi ĝin por mezuri la respondon de la materialo, depende de ĝia molekula strukturo. Ĉio ĉi per aparato pli malgranda ol alumeto,” ŝi diris.
Poste, Benea-Chelmus planas koncentriĝi pri agordado de la ecoj de la ondgvidiloj kaj antenoj de la ĉipo por krei ondformojn kun pli grandaj amplitudoj, kaj pli fajne agorditaj frekvencoj kaj kadukiĝrapidecoj. Ŝi ankaŭ vidas potencialon por la teraherca teknologio evoluigita en ŝia laboratorio por esti utila por kvantumaj aplikoj.
“Estas multaj fundamentaj demandoj por trakti; ekzemple, ni interesiĝas pri ĉu ni povas uzi tiajn ĉipojn por generi novajn specojn de kvantuma radiado, kiuj povas esti manipulitaj je ekstreme mallongaj temposkaloj. Tiaj ondoj en kvantuma scienco povas esti uzataj por kontroli kvantumajn objektojn,” ŝi finis.
Afiŝtempo: 14-a de februaro 2023
