các nhà nghiên cứu đã phát triển một con chip cực mỏng với mạch quang tử tích hợp có thể được sử dụng để khai thác cái gọi là khoảng cách terahertz – nằm trong khoảng 0,3-30THz trong phổ điện từ – để quang phổ và chụp ảnh.
Khoảng cách này hiện là một vùng chết công nghệ, mô tả các tần số quá nhanh đối với các thiết bị điện tử và viễn thông ngày nay, nhưng lại quá chậm đối với các ứng dụng quang học và hình ảnh.
Tuy nhiên, con chip mới của các nhà khoa học giờ đây cho phép họ tạo ra sóng terahertz với tần số, bước sóng, biên độ và pha phù hợp.Việc kiểm soát chính xác như vậy có thể cho phép khai thác bức xạ terahertz cho các ứng dụng thế hệ tiếp theo trong cả lĩnh vực điện tử và quang học.
Công trình được thực hiện giữa EPFL, ETH Zurich và Đại học Harvard, đã được xuất bản trên tạp chíTruyền thông tự nhiên.
Cristina Benea-Chelmus, người đứng đầu nghiên cứu trong Phòng thí nghiệm Quang tử lai (HYLAB) tại Trường Kỹ thuật của EPFL, giải thích rằng mặc dù sóng terahertz đã được tạo ra trong môi trường phòng thí nghiệm trước đây, nhưng các phương pháp trước đây chủ yếu dựa vào tinh thể khối để tạo ra sóng đúng. tần số.Thay vào đó, phòng thí nghiệm của cô ấy sử dụng mạch quang tử, được làm từ lithium niobate và được các cộng tác viên tại Đại học Harvard khắc tinh xảo ở quy mô nanomet, tạo nên một phương pháp hợp lý hơn nhiều.Việc sử dụng chất nền silicon cũng làm cho thiết bị phù hợp để tích hợp vào các hệ thống điện tử và quang học.
Cô giải thích: “Việc tạo ra sóng ở tần số rất cao là vô cùng khó khăn và có rất ít kỹ thuật có thể tạo ra chúng với các mẫu độc đáo.“Giờ đây, chúng tôi có thể thiết kế hình dạng thời gian chính xác của sóng terahertz – về cơ bản có thể nói, 'Tôi muốn một dạng sóng trông như thế này.'”
Để đạt được điều này, phòng thí nghiệm của Benea-Chelmus đã thiết kế cách sắp xếp các kênh của chip, được gọi là ống dẫn sóng, theo cách mà các ăng-ten siêu nhỏ có thể được sử dụng để phát sóng terahertz do ánh sáng từ sợi quang tạo ra.
“Thực tế là thiết bị của chúng tôi đã sử dụng tín hiệu quang tiêu chuẩn thực sự là một lợi thế, bởi vì điều đó có nghĩa là những con chip mới này có thể được sử dụng với laser truyền thống, hoạt động rất tốt và được hiểu rất rõ.Điều đó có nghĩa là thiết bị của chúng tôi tương thích với viễn thông,” Benea-Chelmus nhấn mạnh.Cô ấy nói thêm rằng các thiết bị thu nhỏ gửi và nhận tín hiệu trong phạm vi terahertz có thể đóng một vai trò quan trọng trong các hệ thống di động thế hệ thứ sáu (6G).
Trong thế giới quang học, Benea-Chelmus nhìn thấy tiềm năng đặc biệt đối với chip lithium niobate thu nhỏ trong quang phổ học và hình ảnh.Ngoài việc không ion hóa, sóng terahertz có năng lượng thấp hơn nhiều so với nhiều loại sóng khác (chẳng hạn như tia X) hiện được sử dụng để cung cấp thông tin về thành phần của vật liệu – cho dù đó là xương hay tranh sơn dầu.Do đó, một thiết bị nhỏ gọn, không phá hủy như chip lithium niobate có thể cung cấp một giải pháp thay thế ít xâm lấn hơn cho các kỹ thuật quang phổ hiện tại.
“Bạn có thể tưởng tượng gửi bức xạ terahertz qua vật liệu mà bạn quan tâm và phân tích nó để đo phản ứng của vật liệu, tùy thuộc vào cấu trúc phân tử của nó.Tất cả điều này từ một thiết bị nhỏ hơn đầu que diêm,” cô nói.
Tiếp theo, Benea-Chelmus có kế hoạch tập trung vào việc điều chỉnh các thuộc tính của ống dẫn sóng và ăng-ten của chip để thiết kế các dạng sóng có biên độ lớn hơn, tần số và tốc độ phân rã được tinh chỉnh tốt hơn.Cô ấy cũng nhận thấy tiềm năng của công nghệ terahertz được phát triển trong phòng thí nghiệm của mình sẽ hữu ích cho các ứng dụng lượng tử.
“Có nhiều câu hỏi cơ bản cần giải quyết;ví dụ, chúng tôi quan tâm đến việc liệu chúng tôi có thể sử dụng những con chip như vậy để tạo ra các loại bức xạ lượng tử mới có thể được điều khiển trong khoảng thời gian cực ngắn hay không.Những sóng như vậy trong khoa học lượng tử có thể được sử dụng để điều khiển các vật thể lượng tử,” cô kết luận.
Thời gian đăng bài: Feb-14-2023