Le rayonnement térahertz – également connu sous le nom de rayonnement submillimétrique, peut pénétrer de nombreux matériaux non métalliques et détecter les signatures de molécules spécifiques. De par leurs propriétés intéressantes, ils peuvent être utilisés dans plusieurs applications. Cependant, la majorité des appareils térahertz actuellement utilisés sont coûteux, lents, encombrants, nécessitent des systèmes de vide et fonctionnent à des températures extrêmement basses, ce qui rend difficile le développement de dispositifs capables de détecter et de créer des images à partir de ondes térahertz.
Maintenant, MIT scientifiques, en collaboration avec le Université du Minnesota et Samsung, ont développé une caméra térahertz à faible coût. Cette nouvelle caméra peut détecter les impulsions térahertz rapidement, avec une sensibilité élevée, à température et pression ambiantes. De plus, il peut capturer simultanément des informations sur l’orientation, ou « polarisation », des ondes en temps réel, ce que les appareils existants ne peuvent pas.
Les matériaux asymétriques contenant des molécules peuvent être identifiés ou leur topographie de surface peut être déterminée à l'aide de ces informations.
Points quantiques, utilisés dans la nouvelle technologie, ont récemment été découverts comme émettant de la lumière visible lorsqu'ils sont activés par des vibrations térahertz. Ensuite, la lumière visible peut être observée à l'œil nu et capturée par un appareil qui ressemble au détecteur d'un appareil électronique ordinaire. appareil photo.
Les scientifiques ont conçu deux dispositifs différents : l’un utilise la capacité du point quantique à convertir les impulsions térahertz en lumière visible. L'autre produit des images montrant l'état de polarisation des ondes térahertz.
La nouvelle « caméra » est composée de plusieurs couches et a été créée à l’aide de processus de fabrication conformes aux normes de l’industrie, similaires à ceux des micropuces. Le substrat est recouvert d’une couche de matériau à points quantiques électroluminescents, suivie d’une couche de lignes parallèles dorées à l’échelle nanométrique divisées par de minuscules fentes. Enfin, un Puce CMOS est utilisé pour créer une image. Un polarimètre, similaire à celui du détecteur de polarisation, peut détecter la polarisation des faisceaux entrants en utilisant des fentes nanométriques en forme d'anneau.
Le professeur de chimie Keith Nelson a déclaré : « Les photons du rayonnement térahertz ont une énergie extrêmement faible, ce qui les rend difficiles à détecter. Ainsi, cet appareil convertit cette petite énergie photonique en quelque chose de visible et facile à détecter avec un appareil photo ordinaire.
Au cours des expériences, la caméra a détecté des impulsions térahertz à des niveaux de faible intensité qui dépassaient les capacités des grands et coûteux systèmes actuels. De plus, il montre également les capacités du détecteur en prenant des photos éclairées en térahertz de certaines des structures utilisées dans leurs appareils.
Les scientifiques ont noté, "Ils ont résolu le problème de la détection des impulsions térahertz grâce à leurs nouveaux travaux, mais le manque de bonnes sources demeure – et de nombreux groupes de recherche à travers le monde y travaillent."
"La source térahertz utilisée dans la nouvelle étude est un ensemble vaste et encombrant de lasers et de dispositifs optiques qui ne peuvent pas être facilement adaptés à des applications pratiques, mais de nouvelles techniques microélectroniques basées sur des sources sont en cours de développement."
« Je pense que c’est l’étape qui limite le débit : pouvez-vous émettre des signaux [terahertz] d’une manière simple et peu coûteuse ? Mais aucune question ne se pose.
Sang-Hyun Oh, co-auteur de l'article et professeur McKnight de génie électrique et informatique à l'Université du Minnesota, ajoute que Alors que les versions actuelles des caméras térahertz coûtent des dizaines de milliers de dollars, le caractère peu coûteux des caméras CMOS utilisées pour ce système en fait « un grand pas en avant vers la construction d’une caméra térahertz pratique ».
Même si le système de caméra est encore loin d'être commercialisé, les scientifiques utilisent ce nouvel appareil de laboratoire lorsqu'ils ont besoin d'un moyen rapide de détecter le rayonnement térahertz.
L'équipe de recherche comprenait Daehan Yoo de l'Université du Minnesota ; Ferran Vidal-Codina, Ngoc-Cuong Nguyen, Hendrik Utzat, Jinchi Han, Vladimir Bulović, Moungi Bawendi et Jaime Peraire au MIT ; Chan-Wook Baik et Kyung-Sang Cho du Samsung Advanced Institute of Technology ; et Aaron Lindenberg de l'Université de Stanford. Les travaux ont été soutenus par le bureau de recherche de l'armée américaine par l'intermédiaire de l'Institut MIT pour les nanotechnologies des soldats, du programme Samsung Global Research Outreach et du Center for Energy Efficient Research Science.
Journal de référence:
- Shi, J., Yoo, D., Vidal-Codina, F. et al. Une caméra térahertz CMOS sensible à la polarisation à température ambiante basée sur une conversion ascendante térahertz en photons visibles améliorée par points quantiques. Nat. Nanotechnologie. (2022). EST CE QUE JE: 10.1038/s41565-022-01243-9
