Radiasi terahertz – juga dikenal sebagai radiasi submillimeter, dapat menembus banyak bahan bukan logam dan mendeteksi tanda-tanda molekul tertentu. Karena sifatnya yang menarik, mereka dapat digunakan dalam beberapa aplikasi. Namun, sebagian besar perangkat terahertz yang digunakan saat ini mahal, lambat, berukuran besar, memerlukan sistem vakum, dan beroperasi pada suhu yang sangat rendah, sehingga sulit untuk mengembangkan perangkat yang mendeteksi dan membuat gambar dari sumber terahertz. gelombang terahertz.
Sekarang, MIT ilmuwan, bekerja sama dengan University of Minnesota dan Samsung, telah mengembangkan kamera terahertz berbiaya rendah. Kamera baru ini dapat mendeteksi pulsa terahertz dengan cepat, dengan sensitivitas tinggi, serta pada suhu dan tekanan ruangan. Selain itu, perangkat ini juga dapat secara bersamaan menangkap informasi tentang orientasi, atau “polarisasi”, gelombang secara real-time, yang tidak dapat dilakukan oleh perangkat yang ada saat ini.
Bahan yang mengandung molekul asimetris dapat diidentifikasi, atau topografi permukaannya dapat dipastikan menggunakan informasi ini.
Titik kuantum, yang digunakan dalam teknologi baru, baru-baru ini ditemukan memancarkan cahaya tampak ketika diaktifkan oleh getaran terahertz. Kemudian, cahaya tampak tersebut dapat diamati dengan mata telanjang dan ditangkap oleh suatu alat yang menyerupai detektor alat elektronik biasa. kamar.
Para ilmuwan merancang dua perangkat berbeda: Yang pertama menggunakan kemampuan titik kuantum untuk mengubah pulsa terahertz menjadi cahaya tampak. Yang lainnya menghasilkan gambar yang menunjukkan keadaan polarisasi gelombang terahertz.
“Kamera” baru ini terdiri dari beberapa lapisan dan dibuat menggunakan proses manufaktur standar industri yang serupa dengan microchip. Substrat ditutupi dengan lapisan bahan titik kuantum yang memancarkan cahaya, diikuti oleh lapisan garis paralel berskala nano emas yang dipisahkan oleh celah kecil. Akhirnya, sebuah chip CMOS digunakan untuk membuat gambar. Polarimeter, yang mirip dengan detektor polarisasi, dapat mendeteksi polarisasi sinar yang masuk dengan menggunakan celah skala nano berbentuk cincin.
Profesor kimia Keith Nelson berkata, “Foton radiasi terahertz memiliki energi yang sangat rendah, sehingga sulit dideteksi. Jadi, apa yang dilakukan perangkat ini adalah mengubah energi foton kecil itu menjadi sesuatu yang terlihat dan mudah dideteksi dengan kamera biasa.”
Selama percobaan, kamera mendeteksi pulsa terahertz pada tingkat intensitas rendah yang melampaui kemampuan sistem besar dan mahal saat ini. Selain itu, ia juga menunjukkan kemampuan detektor dengan mengambil gambar beberapa struktur yang digunakan dalam perangkat mereka dengan pencahayaan terahertz.
Para ilmuwan mencatat, “Mereka telah memecahkan masalah deteksi denyut terahertz dengan penelitian baru mereka, masih kurangnya sumber yang baik – dan sedang dikerjakan oleh banyak kelompok penelitian di seluruh dunia.”
“Sumber terahertz yang digunakan dalam studi baru ini adalah rangkaian laser dan perangkat optik yang besar dan rumit yang tidak dapat dengan mudah diperluas ke aplikasi praktis, namun teknik mikroelektronik berbasis sumber baru sedang dalam pengembangan.”
“Saya pikir itu adalah langkah yang membatasi kecepatan: Bisakah Anda membuat sinyal [terahertz] dengan cara yang mudah dan tidak mahal? Tapi tidak ada pertanyaan yang muncul.”
Sang-Hyun Oh, salah satu penulis makalah ini dan Profesor Teknik Listrik dan Komputer McKnight di Universitas Minnesota, menambahkan itu Meskipun versi kamera terahertz saat ini berharga puluhan ribu dolar, sifat murah kamera CMOS yang digunakan untuk sistem ini menjadikannya “sebuah langkah maju yang besar dalam membangun kamera terahertz yang praktis.”
Meskipun sistem kamera masih jauh dari komersialisasi, para ilmuwan menggunakan perangkat laboratorium baru ketika mereka membutuhkan cara cepat untuk mendeteksi radiasi terahertz.
Tim peneliti tersebut termasuk Daehan Yoo di Universitas Minnesota; Ferran Vidal-Codina, Ngoc-Cuong Nguyen, Hendrik Utzat, Jinchi Han, Vladimir Bulović, Moungi Bawendi, dan Jaime Peraire di MIT; Chan-Wook Baik dan Kyung-Sang Cho di Samsung Advanced Institute of Technology; dan Aaron Lindenberg di Universitas Stanford. Pekerjaan ini didukung oleh Kantor Penelitian Angkatan Darat AS melalui MIT Institute for Soldier Nanotechnologies, Samsung Global Research Outreach Program, dan Center for Energy Efficient Research Science.
Referensi Jurnal:
- Shi, J., Yoo, D., Vidal-Codina, F. dkk. Kamera CMOS terahertz yang peka terhadap polarisasi suhu ruangan berdasarkan konversi terahertz-ke-foton yang disempurnakan dengan titik kuantum. Nat. Nanoteknol. (2022). DOI: 10.1038/s41565-022-01243-9
