Ультратонкий терагерцовый источник прокладывает путь к следующему поколению коммуникационных технологий

Физики из Университета Сассекса разработали чрезвычайно тонкий полупроводниковый поверхностный источник терагерцовой области большой площади, состоящий всего из нескольких атомных слоев и совместимый с существующими электронными платформами.

Источники терагерцового диапазона излучают короткие световые импульсы с частотой триллионов раз в секунду. В таком масштабе они слишком быстры, чтобы с ними могла работать стандартная электроника, и до недавнего времени слишком медленны, чтобы с ними могли работать оптические технологии. Это имеет большое значение для развития сверхбыстрых коммуникационных устройств выше предела 300 ГГц, таких как те, которые требуются для технологии мобильных телефонов 6G, что по-прежнему принципиально выходит за пределы возможностей современной электроники. Исследователи из Лаборатории Emergent Photonics (EPic) в Сассексе являются лидерами в области технологии поверхностного терагерцового излучения, создав самые яркие и тонкие поверхностные полупроводниковые источники из продемонстрированных на сегодняшний день. Область излучения их новой разработки, полупроводникового источника терагерцового диапазона, в 10 раз тоньше, чем было достигнуто ранее, при сравнимых или даже лучших характеристиках.

Тонкие слои могут быть размещены поверх существующих предметов и устройств — терагерцовый источник может быть расположен в местах, которые в противном случае были бы немыслимы, включая бытовые предметы, такие как чайник или даже произведение искусства, — открывая огромный потенциал для борьбы с вирусами. подделок и Интернета вещей, а также ранее несовместимой электроники, такой как мобильные телефоны нового поколения.

Доктор Люк Питерс, научный сотрудник проекта TIMING Европейского исследовательского совета в Университете Сассекса, сказал:«Идея размещения терагерцовых источников в недоступных местах имеет большую научную привлекательность, но на практике очень сложна. Терагерцовое излучение может сыграть превосходную роль в материаловедении, науках о жизни и безопасности. Тем не менее, он по-прежнему чужд большинству существующих технологий, в том числе устройствам, которые общаются с повседневными предметами в рамках быстро расширяющегося Интернета вещей. Этот результат — важная веха на пути к тому, чтобы сделать терагерцовые функции ближе к нашей повседневной жизни».

Находясь между микроволнами и инфракрасным излучением в электромагнитном спектре, терагерцовые волны представляют собой форму излучения, которая очень востребована в исследованиях и промышленности. У них есть естественная способность выявлять материальный состав объекта, легко проникая в обычные материалы, такие как бумага, одежда и пластик, так же, как это делают рентгеновские лучи, но без вреда. Терагерцовая визуализация позволяет «видеть» молекулярный состав объектов и различать разные материалы. Предыдущие разработки продемонстрировали потенциальное применение терагерцовых камер, которые могут кардинально изменить систему безопасности аэропортов, и медицинских сканеров, например тех, которые используются для обнаружения рака кожи.

Одна из самых больших проблем, с которыми сталкиваются ученые, работающие в области терагерцовых технологий, заключается в том, что то, что обычно считается «интенсивным терагерцовым источником», является слабым и громоздким по сравнению, например, с лампочкой. Во многих случаях потребность в очень экзотических материалах, таких как нелинейные кристаллы, делает их громоздкими и дорогими. Это требование создает логистические проблемы для интеграции с другими технологиями, такими как датчики и сверхбыстрая связь.

Команда Сассекса преодолела эти ограничения, разработав терагерцовые источники из очень тонких материалов (около 25 атомных слоев). Освещая полупроводник электронного класса двумя разными типами лазерного излучения, каждый из которых колеблется с разной частотой или цветом, они смогли вызвать испускание коротких вспышек терагерцового излучения.

Ученые, работающие в этой области, долго искали этот научный прорыв с момента первой демонстрации терагерцовых источников на основе двухцветных лазеров в начале 2000-х годов. Двухцветные терагерцовые источники, основанные на специальных смесях газов, таких как азот, аргон или криптон, являются одними из самых эффективных источников, доступных сегодня. Полупроводники, широко используемые в электронных технологиях, остались в основном недоступными для этого типа механизма генерации терагерцового диапазона.