Τα ολοκληρωμένα φωτονικά κυκλώματα θα μπορούσαν να συμβάλουν στο κλείσιμο του «κενού των Terahertz»

Οι ερευνητές του EPFL συνεργάστηκαν με ερευνητές από το Harvard και του ETH της Ζυρίχης στη δημιουργία ενός νέου κυκλώματος λεπτής μεμβράνης που, όταν συνδέεται με μια δέσμη λέιζερ, παράγει κύματα συχνότητας TeraHertz. Η συσκευή αυτή ανοίγει έναν κόσμο πιθανών εφαρμογών στην οπτική και τις τηλεπικοινωνίες.

Ερευνητές με επικεφαλής την Cristina Benea-Chelmus στο Εργαστήριο Υβριδικής Φωτονικής (HYLAB) στη Σχολή Μηχανικών του EPFL έχουν κάνει ένα μεγάλο βήμα προς την επιτυχή εκμετάλλευση του αποκαλούμενου χάσματος terahertz, το οποίο κυμαίνεται μεταξύ περίπου 300 και 30.000 gigahertz (0,3 έως 30THz) στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Αυτή η περιοχή είναι επί του παρόντος κάτι σαν τεχνολογικά νεκρή ζώνη, καθώς περιγράφει συχνότητες που είναι πολύ γρήγορες για τις σημερινές ηλεκτρονικές και τηλεπικοινωνιακές συσκευές, αλλά πολύ αργές για εφαρμογές οπτικών και απεικόνισης.

Τώρα, χάρη σε ένα εξαιρετικά λεπτό τσιπ με ολοκληρωμένο φωτονικό κύκλωμα από νιοβικό λίθιο (lithium niobate), οι ερευνητές και οι συνάδελφοι της HYLAB στο ETH Ζυρίχης και το Πανεπιστήμιο του Harvard κατάφεραν όχι μόνο να παράγουν κύματα terahertz, αλλά να δημιουργήσουν μια λύση για την προσαρμογή της συχνότητάς τους σε μήκος κύματος, πλάτος και φάση.

Τέτοιος ακριβής έλεγχος της ακτινοβολίας terahertz σημαίνει ότι μπορεί πλέον να αξιοποιηθεί για εφαρμογές επόμενης γενιάς τόσο στον ηλεκτρονικό όσο και στον οπτικό τομέα. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο Nature Communications.

«Βλέποντας τις συσκευές να εκπέμπουν ακτινοβολία με ιδιότητες που προκαθορίσαμε ήταν μια επιβεβαίωση ότι το μοντέλο μας ήταν σωστό», λέει μια από τους συγγραφείς, Alexa Herter, επί του παρόντος Ph.D. φοιτητής στο ETH Ζυρίχης.

«Αυτό κατέστη δυνατό χάρη στα μοναδικά χαρακτηριστικά των ολοκληρωμένων φωτονικών νιοβικού λιθίου», προσθέτει ο συν-πρωτογράφος Amirhassan Shams-Ansari, μεταδιδακτορικός υπότροφος στο Πανεπιστήμιο του Harvard.

Η Benea-Chelmus εξηγεί ότι ενώ τέτοια κύματα terahertz έχουν παραχθεί σε εργαστηριακό περιβάλλον στο παρελθόν, οι προηγούμενες προσεγγίσεις βασίζονταν κυρίως σε χύδην κρυστάλλους για να δημιουργήσουν τις σωστές συχνότητες. Η χρήση του κυκλώματος νιοβικού λιθίου από το εργαστήριό της, με λεπτή χάραξη σε κλίμακα νανομέτρων από συνεργάτες στο Πανεπιστήμιο του Harvard, κάνει τη νέα τους προσέγγιση πολύ πιο βελτιωμένη. Η χρήση υποστρώματος πυριτίου καθιστά επίσης τη συσκευή κατάλληλη για ενσωμάτωση σε ηλεκτρονικά και οπτικά συστήματα.