تراشه‌هایی که از مدارهای فوتونیک یکپارچه استفاده می‌کنند می‌توانند به بستن شکاف تراهرتز کمک کنند.

محققان یک تراشه بسیار نازک با یک مدار فوتونیک یکپارچه ساخته اند که می تواند برای بهره برداری از شکاف تراهرتز - که بین 0.3 تا 30 تراهرتز در طیف الکترومغناطیسی قرار دارد - برای طیف سنجی و تصویربرداری استفاده شود.

این شکاف در حال حاضر چیزی شبیه به یک منطقه مرده فناوری است و فرکانس‌هایی را توصیف می‌کند که برای دستگاه‌های الکترونیکی و مخابراتی امروزی بسیار سریع هستند، اما برای کاربردهای اپتیک و تصویربرداری بسیار کند هستند.

با این حال، تراشه جدید دانشمندان اکنون آنها را قادر می سازد تا امواج تراهرتز را با فرکانس، طول موج، دامنه و فاز متناسب تولید کنند.چنین کنترل دقیقی می تواند تابش تراهرتز را برای کاربردهای نسل بعدی در هر دو حوزه الکترونیکی و نوری مهار کند.

این کار، که بین EPFL، ETH زوریخ و دانشگاه هاروارد انجام شده است، در منتشر شده استارتباطات طبیعت

کریستینا بنیا-چلموس، که رهبری تحقیق در آزمایشگاه فوتونیک ترکیبی (HYLAB) در دانشکده مهندسی EPFL را بر عهده داشت، توضیح داد که در حالی که امواج تراهرتز قبلاً در یک محیط آزمایشگاهی تولید می‌شدند، رویکردهای قبلی عمدتاً بر کریستال‌های حجیم برای تولید درست تکیه داشتند. فرکانس هادر عوض، استفاده آزمایشگاه او از مدار فوتونیک، ساخته شده از نیوبات لیتیوم و حکاکی ریز در مقیاس نانومتری توسط همکاران دانشگاه هاروارد، رویکرد بسیار ساده‌تری را ایجاد می‌کند.همچنین استفاده از بستر سیلیکونی دستگاه را برای ادغام در سیستم های الکترونیکی و نوری مناسب می کند.

او توضیح داد: "تولید امواج در فرکانس های بسیار بالا بسیار چالش برانگیز است و تکنیک های بسیار کمی وجود دارد که بتواند آنها را با الگوهای منحصر به فرد تولید کند."ما اکنون می‌توانیم شکل زمانی دقیق امواج تراهرتز را مهندسی کنیم – که اساساً بگوییم، من یک شکل موج می‌خواهم که شبیه این باشد.

برای دستیابی به این هدف، آزمایشگاه Benea-Chelmus چینش کانال‌های تراشه‌ای به نام موجبرها را به گونه‌ای طراحی کرد که از آنتن‌های میکروسکوپی برای پخش امواج تراهرتزی تولید شده توسط نور از فیبرهای نوری استفاده شود.

این واقعیت که دستگاه ما در حال حاضر از سیگنال نوری استاندارد استفاده می‌کند، واقعاً یک مزیت است، زیرا به این معنی است که این تراشه‌های جدید را می‌توان با لیزرهای سنتی استفاده کرد که بسیار خوب کار می‌کنند و به خوبی درک شده‌اند.این بدان معناست که دستگاه ما با ارتباطات راه دور سازگار است.وی افزود که دستگاه های کوچکی که سیگنال هایی را در محدوده تراهرتز ارسال و دریافت می کنند، می توانند نقش کلیدی در نسل ششم سیستم های تلفن همراه (6G) داشته باشند.

در دنیای اپتیک، Benea-Chelmus پتانسیل خاصی برای تراشه های لیتیوم نیوبات کوچک شده در طیف سنجی و تصویربرداری می بیند.امواج تراهرتز علاوه بر غیر یونیزه بودن، انرژی بسیار پایین تری نسبت به بسیاری از انواع امواج دیگر (مانند اشعه ایکس) دارند که در حال حاضر برای ارائه اطلاعات در مورد ترکیب یک ماده – خواه استخوان یا نقاشی رنگ روغن – استفاده می شود.بنابراین یک دستگاه فشرده و غیر مخرب مانند تراشه لیتیوم نیوبات می‌تواند جایگزین کمتر تهاجمی برای تکنیک‌های طیف‌نگاری فعلی باشد.

می توانید تصور کنید که تابش تراهرتز را از طریق ماده ای که به آن علاقه دارید ارسال کنید و آن را برای اندازه گیری پاسخ ماده، بسته به ساختار مولکولی آن، تجزیه و تحلیل کنید.همه اینها از دستگاهی کوچکتر از سر کبریت است.»

در مرحله بعد، Benea-Chelmus قصد دارد بر روی تغییر خواص موجبرها و آنتن‌های تراشه تمرکز کند تا شکل موج‌هایی با دامنه‌های بیشتر و فرکانس‌ها و نرخ‌های فروپاشی تنظیم‌شده‌تر را مهندسی کند.او همچنین پتانسیل را برای فناوری تراهرتز توسعه یافته در آزمایشگاهش می بیند تا برای کاربردهای کوانتومی مفید باشد.

سؤالات اساسی بسیاری وجود دارد که باید به آنها پرداخت.به عنوان مثال، ما علاقه مندیم که آیا می توانیم از چنین تراشه هایی برای تولید انواع جدیدی از تشعشعات کوانتومی استفاده کنیم که می توانند در مقیاس های زمانی بسیار کوتاه دستکاری شوند.از چنین امواجی در علم کوانتومی می توان برای کنترل اجسام کوانتومی استفاده کرد.