Navorsers het 'n uiters dun skyfie met 'n geïntegreerde fotoniese stroombaan ontwikkel wat gebruik kan word om die sogenaamde terahertz-gaping – tussen 0.3-30 THz in die elektromagnetiese spektrum – vir spektroskopie en beeldvorming te benut.
Hierdie gaping is tans ietwat van 'n tegnologiese dooie sone, wat frekwensies beskryf wat te vinnig is vir vandag se elektroniese en telekommunikasietoestelle, maar te stadig vir optika en beeldvormingstoepassings.
Die wetenskaplikes se nuwe skyfie stel hulle egter nou in staat om terahertz-golwe met aangepaste frekwensie, golflengte, amplitude en fase te produseer. Sulke presiese beheer kan dit moontlik maak om terahertz-straling vir volgende-generasie toepassings in beide die elektroniese en optiese gebied te benut.
Die werk, wat tussen EPFL, ETH Zürich en die Universiteit van Harvard uitgevoer is, is gepubliseer inNatuurkommunikasie.
Cristina Benea-Chelmus, wat die navorsing in die Laboratorium vir Hibriede Fotonika (HYLAB) aan die EPFL se Skool vir Ingenieurswese gelei het, het verduidelik dat hoewel terahertz-golwe al voorheen in 'n laboratoriumomgewing geproduseer is, vorige benaderings hoofsaaklik op grootmaatkristalle staatgemaak het om die regte frekwensies te genereer. In plaas daarvan maak haar laboratorium se gebruik van die fotoniese stroombaan, gemaak van litiumniobaat en fyn geëts op die nanometerskaal deur medewerkers aan die Harvard Universiteit, 'n baie meer vaartbelynde benadering. Die gebruik van 'n silikonsubstraat maak die toestel ook geskik vir integrasie in elektroniese en optiese stelsels.
“Die opwekking van golwe teen baie hoë frekwensies is uiters uitdagend, en daar is baie min tegnieke wat hulle met unieke patrone kan genereer,” het sy verduidelik. “Ons is nou in staat om die presiese temporale vorm van terahertz-golwe te manipuleer – om in wese te sê: ‘Ek wil ’n golfvorm hê wat so lyk.’”
Om dit te bereik, het Benea-Chelmus se laboratorium die skyfie se rangskikking van kanale, genaamd golfgidse, so ontwerp dat mikroskopiese antennas gebruik kon word om terahertz-golwe wat deur lig van optiese vesels gegenereer word, uit te saai.
“Die feit dat ons toestel reeds van 'n standaard optiese sein gebruik maak, is werklik 'n voordeel, want dit beteken dat hierdie nuwe skyfies met tradisionele lasers gebruik kan word, wat baie goed werk en baie goed verstaan word. Dit beteken dat ons toestel telekommunikasie-versoenbaar is,” het Benea-Chelmus beklemtoon. Sy het bygevoeg dat geminiaturiseerde toestelle wat seine in die terahertz-reeks stuur en ontvang, 'n sleutelrol in sesde generasie mobiele stelsels (6G) kan speel.
In die wêreld van optika sien Benea-Chelmus besondere potensiaal vir geminiaturiseerde litiumniobat-skyfies in spektroskopie en beeldvorming. Benewens die feit dat hulle nie-ioniserend is, is terahertz-golwe baie laer energie as baie ander soorte golwe (soos x-strale) wat tans gebruik word om inligting oor die samestelling van 'n materiaal te verskaf – of dit nou 'n been of 'n olieverfskildery is. 'n Kompakte, nie-vernietigende toestel soos die litiumniobat-skyfie kan dus 'n minder indringende alternatief vir huidige spektrografiese tegnieke bied.
“Jy kan jou voorstel om terahertz-straling deur 'n materiaal waarin jy belangstel te stuur en dit te analiseer om die reaksie van die materiaal te meet, afhangende van die molekulêre struktuur daarvan. Dit alles vanaf 'n toestel kleiner as 'n vuurhoutjiekop,” het sy gesê.
Volgende beplan Benea-Chelmus om te fokus op die aanpassing van die eienskappe van die skyfie se golfgidse en antennas om golfvorms met groter amplitudes en meer fyn afgestelde frekwensies en vervaltempo's te skep. Sy sien ook potensiaal vir die terahertz-tegnologie wat in haar laboratorium ontwikkel is om nuttig te wees vir kwantumtoepassings.
“Daar is baie fundamentele vrae om aan te spreek; ons stel byvoorbeeld belang in of ons sulke skyfies kan gebruik om nuwe tipes kwantumstraling te genereer wat op uiters kort tydskale gemanipuleer kan word. Sulke golwe in kwantumwetenskap kan gebruik word om kwantumvoorwerpe te beheer,” het sy afgesluit.
Plasingstyd: 14 Februarie 2023
