მკვლევრებმა შეიმუშავეს ინტეგრირებული ფოტონური სქემით უკიდურესად თხელი ჩიპი, რომლის გამოყენებაც შესაძლებელია სპექტროსკოპიისა და ვიზუალიზაციისთვის, ეგრეთ წოდებული ტერაჰერცული უფსკრულის - ელექტრომაგნიტურ სპექტრში 0.3-30 თერაჰერცის დიაპაზონში - გამოსახულების მისაღებად.
ეს ხარვეზი ამჟამად ტექნოლოგიურად ერთგვარ „მკვდარ ზონას“ წარმოადგენს, რომელიც აღწერს სიხშირეებს, რომლებიც ძალიან სწრაფია დღევანდელი ელექტრონიკისა და ტელეკომუნიკაციის მოწყობილობებისთვის, მაგრამ ძალიან ნელია ოპტიკისა და ვიზუალიზაციის აპლიკაციებისთვის.
თუმცა, მეცნიერების ახალი ჩიპი ახლა მათ საშუალებას აძლევს წარმოქმნან ტერაჰერცული ტალღები მორგებული სიხშირით, ტალღის სიგრძით, ამპლიტუდითა და ფაზით. ასეთი ზუსტი კონტროლი შესაძლებელს გახდის ტერაჰერცული გამოსხივების გამოყენებას ახალი თაობის აპლიკაციებისთვის, როგორც ელექტრონულ, ასევე ოპტიკურ სფეროში.
EPFL-ის, ETH ციურიხისა და ჰარვარდის უნივერსიტეტის მიერ ჩატარებული კვლევა გამოქვეყნდა...ბუნების კომუნიკაციები.
კრისტინა ბენეა-ჩელმუსმა, რომელიც ხელმძღვანელობდა კვლევას EPFL-ის საინჟინრო სკოლის ჰიბრიდული ფოტონიკის ლაბორატორიაში (HYLAB), განმარტა, რომ მიუხედავად იმისა, რომ ტერაჰერცული ტალღები ლაბორატორიულ გარემოში ადრეც წარმოქმნილა, წინა მიდგომები ძირითადად მოცულობით კრისტალებს ეყრდნობოდა სწორი სიხშირეების გენერირებისთვის. ამის ნაცვლად, მის ლაბორატორიაში ფოტონური წრედის გამოყენება, რომელიც დამზადებულია ლითიუმის ნიობატისგან და ნანომეტრულ მასშტაბზე დამუშავებულია ჰარვარდის უნივერსიტეტის თანამშრომლების მიერ, გაცილებით გამარტივებულ მიდგომას ქმნის. სილიციუმის სუბსტრატის გამოყენება ასევე მოწყობილობას ელექტრონულ და ოპტიკურ სისტემებში ინტეგრაციისთვის ვარგისს ხდის.
„ძალიან მაღალი სიხშირეების ტალღების გენერირება უკიდურესად რთულია და ძალიან ცოტა ტექნიკა არსებობს, რომელსაც შეუძლია მათი უნიკალური ნიმუშებით გენერირება“, - განმარტა მან. „ახლა ჩვენ შეგვიძლია ტერაჰერცული ტალღების ზუსტი დროითი ფორმის შექმნა - არსებითად, ვთქვათ: „მინდა ტალღის ფორმა, რომელიც ასე გამოიყურება.““
ამის მისაღწევად, ბენეა-ჩელმუსის ლაბორატორიამ ჩიპის არხების განლაგება, რომელსაც ტალღის გამტარებს უწოდებენ, ისე დააპროექტა, რომ მიკროსკოპული ანტენების გამოყენება შესაძლებელი იქნებოდა ოპტიკური ბოჭკოებიდან გამომავალი სინათლით გენერირებული ტერაჰერცული ტალღების გადასაცემად.
„ის ფაქტი, რომ ჩვენი მოწყობილობა უკვე იყენებს სტანდარტულ ოპტიკურ სიგნალს, ნამდვილად უპირატესობაა, რადგან ეს ნიშნავს, რომ ეს ახალი ჩიპები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ტრადიციულ ლაზერებთან ერთად, რომლებიც ძალიან კარგად მუშაობენ და ძალიან კარგად არის შესწავლილი. ეს ნიშნავს, რომ ჩვენი მოწყობილობა ტელეკომუნიკაციებთან თავსებადია“, - ხაზგასმით აღნიშნა ბენეა-ჩელმუსმა. მან დასძინა, რომ მინიატურული მოწყობილობები, რომლებიც აგზავნიან და იღებენ სიგნალებს ტერაჰერცის დიაპაზონში, შეიძლება მნიშვნელოვანი როლი შეასრულონ მეექვსე თაობის მობილურ სისტემებში (6G).
ოპტიკის სამყაროში ბენეა-ჩელმუსი განსაკუთრებულ პოტენციალს ხედავს მინიატურული ლითიუმის ნიობატის ჩიპებისთვის სპექტროსკოპიასა და ვიზუალიზაციაში. გარდა იმისა, რომ არაიონიზირებადია, ტერაჰერცული ტალღები გაცილებით დაბალი ენერგიისაა, ვიდრე სხვა ტიპის ტალღები (მაგალითად, რენტგენის სხივები), რომლებიც ამჟამად გამოიყენება მასალის შემადგენლობის შესახებ ინფორმაციის მოსაწოდებლად - იქნება ეს ძვალი თუ ზეთის საღებავებით შესრულებული ნახატი. შესაბამისად, კომპაქტური, არადესტრუქციული მოწყობილობა, როგორიცაა ლითიუმის ნიობატის ჩიპი, შეიძლება ნაკლებად ინვაზიური ალტერნატივა იყოს ამჟამინდელი სპექტროგრაფიული ტექნიკისთვის.
„შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ, რომ ტერაჰერცული გამოსხივება გაიგზავნება თქვენთვის საინტერესო მასალაში და გაანალიზდება მასალის რეაქციის გასაზომად, მისი მოლეკულური სტრუქტურის მიხედვით. ეს ყველაფერი ასანთის თავზე პატარა მოწყობილობიდან“, - თქვა მან.
შემდეგ, ბენეა-ჩელმუსი გეგმავს ფოკუსირება მოახდინოს ჩიპის ტალღგამტარებისა და ანტენების თვისებების გაუმჯობესებაზე, რათა შეიქმნას ტალღური ფორმები უფრო დიდი ამპლიტუდით, უფრო დახვეწილი სიხშირეებითა და დაშლის სიჩქარით. ის ასევე ხედავს პოტენციალს, რომ მის ლაბორატორიაში შემუშავებული ტერაჰერცული ტექნოლოგია სასარგებლო იყოს კვანტური აპლიკაციებისთვის.
„მრავალი ფუნდამენტური კითხვაა გასაცემი; მაგალითად, ჩვენ გვაინტერესებს, შეგვიძლია თუ არა ასეთი ჩიპების გამოყენება კვანტური გამოსხივების ახალი ტიპების გენერირებისთვის, რომელთა მანიპულირებაც უკიდურესად მოკლე ვადებში იქნება შესაძლებელი. კვანტურ მეცნიერებაში ასეთი ტალღების გამოყენება კვანტური ობიექტების სამართავადაც შეიძლება“, - დაასკვნა მან.
გამოქვეყნების დრო: 2023 წლის 14 თებერვალი
