Волны ТГц – это тип неионизирующего излучения, а это означает, что они не представляют опасности для здоровья человека. Технология уже используется в некоторых аэропортах для сканирования пассажиров и обнаружения опасных предметов и веществ.
Несмотря на большие перспективы, волны ТГц не получили широкого распространения, поскольку их создание дорого и громоздко. Но новая технология, разработанная исследователями EPFL, может все изменить.
Коллектив исследовательской лаборатории силовой и широкозонной электроники (POWERlab) под руководством проф. Элисон Матиоли построил наноустройство (1 нанометр = 1 миллионная миллиметра), которое может генерировать чрезвычайно мощные сигналы всего за несколько пикосекунд, или одну триллионную долю секунды, – которое производит мощные ТГц волны.
Технология, которая может быть установлена на микросхеме или гибком носителе, однажды может быть установлена в смартфонах и других портативных устройствах. Работа, первым автором которой был Мохаммад Самизаде Нику, аспирант POWERlab, была опубликована в журнале Nature.
Как это работает
Компактное, недорогое, полностью электрическое наноустройство практически мгновенно генерирует волны высокой интенсивности от крошечного источника. Он работает, создавая мощную «искру» со скачком напряжения от 10 В (или ниже) до 100 В в диапазоне пикосекунды.
Устройство способно генерировать эту искру почти непрерывно, то есть может излучать до 50 миллионов сигналов каждую секунду. При подключении к антеннам система может генерировать и излучать мощные ТГц волны.
Устройство состоит из двух металлических пластин, расположенных очень близко друг к другу, на расстоянии до 20 нанометров друг от друга. При приложении напряжения электроны устремляются к одной из пластин, где они образуют наноплазму. Как только напряжение достигает определенного порога, электроны почти мгновенно попадают на вторую пластину. Это быстрое движение, обеспечиваемое такими быстрыми переключателями, создает импульс высокой интенсивности, который производит высокочастотные волны.
Обычные электронные устройства способны переключаться только со скоростью до одного вольт за пикосекунду – слишком медленно, чтобы создавать мощные ТГц волны.
Новое наноустройство, которое может работать более чем в десять раз быстрее, может генерировать как высокоэнергетические, так и высокочастотные импульсы. «Обычно невозможно достичь высоких значений для обеих переменных», – говорит Матиоли. «Высокочастотные полупроводниковые устройства имеют наноразмерные размеры.
Они могут выдержать только несколько вольт перед тем, как вырваться. Между тем, мощные устройства слишком велики и медленны для генерации терагерцовых волн. Наше решение состояло в том, чтобы вернуться к старой области плазмы с использованием новейших наноразмерных технологий производства, чтобы предложить новое устройство, позволяющее обойти эти ограничения."
По словам Матиоли, новое устройство доводит все переменные до крайности: «Высокая частота, высокая мощность и наномасштаб – это не термины, которые обычно можно услышать в одном предложении."
«Эти наноустройства, с одной стороны, обеспечивают чрезвычайно высокий уровень простоты и дешевизны, а с другой стороны, демонстрируют отличную производительность. Кроме того, они могут быть интегрированы с другими электронными устройствами, такими как транзисторы. Учитывая эти уникальные свойства, наноплазма может сформировать другое будущее в области сверхбыстрой электроники », – говорит Самизаде.
Эта технология может иметь широкий спектр приложений, помимо генерации терагерцовых волн. «Мы уверены, что в будущем появятся и другие инновационные приложения», – добавляет Матиоли.