يمكن لإشعاع تيراهيرتز - المعروف أيضًا باسم الإشعاع دون المليمتري - اختراق العديد من المواد غير المعدنية والكشف عن توقيعات جزيئات معينة. ونظرًا لخصائصها المثيرة للاهتمام، يمكن استخدامها في العديد من التطبيقات. ومع ذلك، فإن غالبية أجهزة تيراهيرتز المستخدمة حاليًا باهظة الثمن، وبطيئة، وضخمة الحجم، وتتطلب أنظمة فراغ، وتعمل في درجات حرارة منخفضة للغاية، مما يجعل من الصعب تطوير الأجهزة التي تكتشف الصور وتنشئها موجات تيراهيرتز.
الآن، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا العلماء بالتعاون مع جامعة مينيسوتا وقامت سامسونج وسامسونج بتطوير كاميرا تيراهيرتز منخفضة التكلفة. يمكن لهذه الكاميرا الجديدة اكتشاف نبضات تيراهيرتز بسرعة، وبحساسية عالية، وفي درجة حرارة الغرفة والضغط. علاوة على ذلك، يمكنه التقاط معلومات حول اتجاه أو "استقطاب" الموجات في الوقت الفعلي في الوقت نفسه، وهو ما لا تستطيع الأجهزة الحالية القيام به.
يمكن تحديد المواد التي تحتوي على جزيئات غير متماثلة، أو يمكن التأكد من تضاريس سطحها باستخدام هذه المعلومات.
نقاط الكم، المستخدمة في التكنولوجيا الجديدة، تم اكتشافها مؤخرًا أنها تنبعث من الضوء المرئي عند تنشيطها بواسطة اهتزازات تيراهيرتز. ومن ثم يمكن ملاحظة الضوء المرئي بالعين المجردة والتقاطه بواسطة جهاز يشبه الكاشف الإلكتروني العادي وكاميرا .
ابتكر العلماء جهازين مختلفين: أحدهما يستخدم قدرة النقطة الكمومية على تحويل نبضات تيراهيرتز إلى ضوء مرئي. والآخر ينتج صورًا توضح حالة الاستقطاب لموجات تيراهيرتز.
تتكون "الكاميرا" الجديدة من عدة طبقات وتم إنشاؤها باستخدام عمليات تصنيع متوافقة مع معايير الصناعة مماثلة لتلك الخاصة بالرقائق الدقيقة. تتم تغطية الركيزة بطبقة من مادة النقاط الكمومية الباعثة للضوء، تليها طبقة من الخطوط المتوازية النانوية الذهبية مقسومة على شقوق صغيرة. وأخيراً أ شريحة CMOS يتم استخدامه لإنشاء صورة. يمكن لمقياس الاستقطاب، الذي يشبه مقياس كاشف الاستقطاب، اكتشاف استقطاب الحزم الواردة باستخدام شقوق نانوية الشكل على شكل حلقة.
قال أستاذ الكيمياء كيث نيلسون، "إن فوتونات إشعاع تيراهيرتز لديها طاقة منخفضة للغاية، مما يجعل من الصعب اكتشافها. لذا، ما يفعله هذا الجهاز هو تحويل طاقة الفوتون الصغيرة إلى شيء مرئي يسهل اكتشافه باستخدام كاميرا عادية.
أثناء التجارب، اكتشفت الكاميرا نبضات تيراهيرتز بمستويات منخفضة الشدة تجاوزت قدرة الأنظمة الكبيرة والمكلفة اليوم. علاوة على ذلك، فإنه يوضح أيضًا قدرات الكاشف من خلال التقاط صور مضاءة بتقنية تيراهيرتز لبعض الهياكل المستخدمة في أجهزته.
لاحظ العلماء ، "لقد تمكنوا من حل مشكلة اكتشاف نبض تيراهيرتز من خلال عملهم الجديد، ولا يزال هناك نقص في المصادر الجيدة - ويتم العمل عليها من قبل العديد من مجموعات البحث حول العالم."
"إن مصدر تيراهيرتز المستخدم في الدراسة الجديدة عبارة عن مجموعة كبيرة ومرهقة من أجهزة الليزر والأجهزة البصرية التي لا يمكن توسيع نطاقها بسهولة إلى التطبيقات العملية، ولكن تقنيات الإلكترونيات الدقيقة القائمة على المصادر الجديدة هي قيد التطوير بشكل جيد."
"أعتقد أن هذه هي خطوة تحديد المعدل: هل يمكنك إنشاء إشارات [تيراهيرتز] بطريقة سهلة وغير مكلفة؟ ولكن لا يوجد سؤال قادم.
سانغ هيون أوه، المؤلف المشارك للورقة البحثية وأستاذ ماكنايت للهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة مينيسوتا، يضيف ذلك في حين أن الإصدارات الحالية من كاميرات تيراهيرتز تكلف عشرات الآلاف من الدولارات، فإن الطبيعة غير المكلفة لكاميرات CMOS المستخدمة لهذا النظام تجعلها "خطوة كبيرة إلى الأمام نحو بناء كاميرا تيراهيرتز عملية".
على الرغم من أن نظام الكاميرا لا يزال بعيدًا عن التسويق التجاري، إلا أن العلماء يستخدمون جهاز المختبر الجديد عندما يحتاجون إلى طريقة سريعة للكشف عن إشعاع تيراهيرتز.
وضم فريق البحث ديهان يو من جامعة مينيسوتا؛ فيران فيدال كودينا، نجوك كوونج نجوين، هندريك أوتزات، جينشي هان، فلاديمير بولوفيتش، مونجي باوندي، وخايمي بيرير في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا؛ تشان ووك بايك وكيونج سانغ تشو في معهد سامسونج المتقدم للتكنولوجيا؛ وآرون ليندنبرج في جامعة ستانفورد. تم دعم هذا العمل من قبل مكتب أبحاث الجيش الأمريكي من خلال معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لتقنيات النانو الخاصة بالجنود، وبرنامج التوعية البحثية العالمية لشركة سامسونج، ومركز علوم أبحاث كفاءة الطاقة.
المرجع مجلة:
- شي، J.، يو، D.، فيدال-كودينا، F. وآخرون. كاميرا CMOS تيراهيرتز حساسة لاستقطاب درجة حرارة الغرفة تعتمد على تحويل تيراهيرتز إلى فوتون مرئي معزز بالنقاط الكمومية. نات. تقنية النانو. (2022). معرف الهوية الرقمي: 10.1038/s41565-022-01243-9
