تابش تراهرتز - که به عنوان تابش زیر میلی متری نیز شناخته می شود، می تواند به بسیاری از مواد غیرفلزی نفوذ کند و نشانه های مولکول های خاص را تشخیص دهد. به دلیل خواص جالبی که دارند، می توان از آن ها در چندین کاربرد استفاده کرد. با این حال، اکثر دستگاه‌های تراهرتزی که در حال حاضر استفاده می‌شوند، گران، کند، حجیم هستند، به سیستم‌های خلاء نیاز دارند و در دمای بسیار پایین کار می‌کنند، که توسعه دستگاه‌هایی را که تشخیص و ایجاد تصاویر از امواج تراهرتز.
اکنون، MIT دانشمندان با همکاری دانشگاه مینه سوتا و سامسونگ یک دوربین تراهرتز ارزان قیمت توسعه داده اند. این دوربین جدید می تواند پالس های تراهرتز را به سرعت، با حساسیت بالا و در دما و فشار اتاق تشخیص دهد. علاوه بر این، می تواند به طور همزمان اطلاعاتی در مورد جهت گیری یا "قطبی شدن" امواج در زمان واقعی ضبط کند، که دستگاه های موجود نمی توانند.
مواد حاوی مولکول نامتقارن را می توان شناسایی کرد یا با استفاده از این اطلاعات می توان توپوگرافی سطح آنها را تعیین کرد.
نقاط کوانتومیاخیراً کشف شده است که در فناوری جدید مورد استفاده قرار می‌گیرد که وقتی توسط ارتعاشات تراهرتز فعال می‌شود، نور مرئی ساطع می‌کند. سپس، نور مرئی را می توان با چشم غیرمسلح مشاهده کرد و توسط دستگاهی که شبیه آشکارساز یک دستگاه الکترونیکی معمولی است، گرفت. دوربین.
دانشمندان دو دستگاه مختلف ابداع کردند: یکی از آنها از توانایی نقطه کوانتومی برای تبدیل پالس های تراهرتز به نور مرئی استفاده می کند. یکی دیگر تصاویری تولید می کند که وضعیت قطبش امواج تراهرتز را نشان می دهد.
"دوربین" جدید از چندین لایه تشکیل شده است و با استفاده از فرآیندهای تولید استاندارد صنعتی مشابه فرآیندهای ریزتراشه ساخته شده است. این زیرلایه با لایه ای از مواد نقاط کوانتومی ساطع کننده نور پوشانده شده است و به دنبال آن لایه ای از خطوط موازی در مقیاس نانو طلا که با شکاف های کوچک تقسیم شده اند. در نهایت، الف تراشه CMOS برای ایجاد یک تصویر استفاده می شود. یک قطب سنج، که شبیه آشکارساز پلاریزاسیون است، می تواند قطبش پرتوهای ورودی را با استفاده از شکاف های نانومقیاس حلقه ای تشخیص دهد.
پروفسور شیمی کیت نلسون گفت: فوتون های تابش تراهرتز انرژی بسیار کمی دارند که تشخیص آنها را سخت می کند. بنابراین، کاری که این دستگاه انجام می دهد این است که انرژی فوتون کوچک را به چیزی قابل مشاهده تبدیل می کند که به راحتی با یک دوربین معمولی قابل تشخیص است.
در طول آزمایش‌ها، دوربین پالس‌های تراهرتز را در سطوح کم‌شدت شناسایی کرد که از توانایی سیستم‌های بزرگ و گران قیمت امروزی فراتر رفت. علاوه بر این، قابلیت های آشکارساز را با گرفتن عکس هایی با نور تراهرتز از برخی از سازه های مورد استفاده در دستگاه های آنها نشان می دهد.
دانشمندان خاطرنشان کردند، آنها مشکل تشخیص پالس تراهرتز را با کار جدید خود برطرف کرده‌اند، کمبود منابع خوب همچنان باقی است - و بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان روی آن کار می‌کنند.
منبع تراهرتز مورد استفاده در مطالعه جدید، مجموعه ای بزرگ و دست و پا گیر از لیزرها و دستگاه های نوری است که به راحتی نمی توان آنها را برای کاربردهای عملی مقیاس کرد، اما تکنیک های میکروالکترونیک مبتنی بر منابع جدید به خوبی در حال توسعه هستند.
«من فکر می‌کنم این مرحله محدودکننده نرخ است: آیا می‌توانید سیگنال‌های [تراهرتز] را به روشی آسان که گران نیست ایجاد کنید؟ اما سوالی مطرح نیست.»
سانگ هیون اوه، یکی از نویسندگان مقاله و استاد مک نایت مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه مینه سوتا، اضافه می کند که در حالی که نسخه‌های کنونی دوربین‌های تراهرتز ده‌ها هزار دلار قیمت دارند، طبیعت ارزان دوربین‌های CMOS مورد استفاده برای این سیستم، آن را «گامی بزرگ به سمت ساخت یک دوربین تراهرتزی عملی» می‌سازد.
اگرچه سیستم دوربین هنوز تا تجاری سازی فاصله دارد، دانشمندان زمانی که به روشی سریع برای تشخیص تشعشعات تراهرتز نیاز دارند، از دستگاه آزمایشگاهی جدید استفاده می کنند.
تیم تحقیقاتی شامل Daehan Yoo در دانشگاه مینه سوتا بود. فران ویدال-کودینا، نگوک کونگ نگوین، هندریک اوتزات، جینچی هان، ولادیمیر بولوویچ، مونگی باوندی، و جیمی پرایر در MIT. چان ووک بایک و کیونگ سانگ چو در موسسه فناوری پیشرفته سامسونگ. و آرون لیندنبرگ در دانشگاه استنفورد. این کار توسط دفتر تحقیقات ارتش ایالات متحده از طریق موسسه MIT برای سربازان نانوتکنولوژی، برنامه توسعه تحقیقات جهانی سامسونگ و مرکز علوم تحقیقاتی کارآمد انرژی پشتیبانی شد.
مرجع مجله:
- شی، جی، یو، دی، ویدال-کودینا، اف و همکاران. یک دوربین CMOS تراهرتز حساس به قطبش دمای اتاق که مبتنی بر تبدیل تراهرتز به فوتون مرئی با نقاط کوانتومی است. نات. فناوری نانو (2022) DOI: 10.1038/s41565-022-01243-9
