La radiazione terahertz, nota anche come radiazione submillimetrica, può penetrare molti materiali non metallici e rilevare tracce di molecole specifiche. Grazie alle loro proprietà interessanti, possono essere utilizzati in diverse applicazioni. La maggior parte dei dispositivi terahertz attualmente in uso, tuttavia, sono costosi, lenti, ingombranti, richiedono sistemi di vuoto e funzionano a temperature estremamente basse, rendendo difficile lo sviluppo di dispositivi in grado di rilevare e creare immagini da onde terahertz.
Adesso, CON scienziati, in collaborazione con il Università del Minnesota e Samsung, hanno sviluppato una fotocamera terahertz a basso costo. Questa nuova fotocamera è in grado di rilevare rapidamente gli impulsi terahertz, con elevata sensibilità e a temperatura e pressione ambiente. Inoltre, può acquisire simultaneamente informazioni sull’orientamento, o “polarizzazione”, delle onde in tempo reale, cosa che i dispositivi esistenti non possono.
Utilizzando queste informazioni è possibile identificare materiali contenenti molecole asimmetriche o accertarne la topografia superficiale.
Punti quantici, utilizzati nella nuova tecnologia, si è recentemente scoperto che emettono luce visibile quando attivati da vibrazioni terahertz. Quindi, la luce visibile può essere osservata ad occhio nudo e catturata da un dispositivo che assomiglia al rilevatore di un normale dispositivo elettronico. stanza.
Gli scienziati hanno ideato due diversi dispositivi: uno sfrutta la capacità dei punti quantici di convertire gli impulsi terahertz in luce visibile. L'altro produce immagini che mostrano lo stato di polarizzazione delle onde terahertz.
La nuova “fotocamera” è composta da diversi strati ed è stata creata utilizzando processi di produzione standard del settore simili a quelli dei microchip. Il substrato è ricoperto da uno strato di materiale a punti quantici che emettono luce, seguito da uno strato di linee parallele dorate su scala nanometrica divise da minuscole fessure. Infine, a Chip CMOS viene utilizzato per creare un'immagine. Un polarimetro, simile a quello del rilevatore di polarizzazione, può rilevare la polarizzazione dei raggi in entrata utilizzando fenditure su nanoscala a forma di anello.
Il professore di chimica Keith Nelson ha detto: “I fotoni della radiazione terahertz hanno un’energia estremamente bassa, il che li rende difficili da rilevare. Quindi, ciò che fa questo dispositivo è convertire quella minuscola energia fotonica in qualcosa di visibile che è facile da rilevare con una normale fotocamera”.
Durante gli esperimenti, la fotocamera ha rilevato impulsi terahertz a livelli di bassa intensità che superavano la capacità dei sistemi grandi e costosi di oggi. Inoltre, mostra anche le capacità del rilevatore scattando immagini illuminate da terahertz di alcune delle strutture utilizzate nei loro dispositivi.
Gli scienziati hanno notato, “Hanno risolto il problema del rilevamento degli impulsi terahertz con il loro nuovo lavoro, la mancanza di buone fonti rimane – ed è su questo che stanno lavorando molti gruppi di ricerca in tutto il mondo”.
“La sorgente terahertz utilizzata nel nuovo studio è una vasta e ingombrante gamma di laser e dispositivi ottici che non possono essere facilmente adattati ad applicazioni pratiche, ma le nuove tecniche microelettroniche basate su fonti sono ben in fase di sviluppo”.
“Penso che questo sia il passo che limita la velocità: puoi trasmettere i segnali [terahertz] in un modo semplice e non costoso? Ma non ci sono domande.»
Sang-Hyun Oh, coautore dell'articolo e professore McKnight di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università del Minnesota, aggiunge quello mentre le versioni attuali delle fotocamere terahertz costano decine di migliaia di dollari, la natura economica delle fotocamere CMOS utilizzate per questo sistema lo rende "un grande passo avanti verso la costruzione di una pratica fotocamera terahertz".
Anche se il sistema di telecamere è ancora lontano dalla commercializzazione, gli scienziati utilizzano il nuovo dispositivo da laboratorio quando hanno bisogno di un modo rapido per rilevare le radiazioni terahertz.
Il gruppo di ricerca comprendeva Daehan Yoo dell'Università del Minnesota; Ferran Vidal-Codina, Ngoc-Cuong Nguyen, Hendrik Utzat, Jinchi Han, Vladimir Bulović, Moungi Bawendi e Jaime Peraire al MIT; Chan-Wook Baik e Kyung-Sang Cho del Samsung Advanced Institute of Technology; e Aaron Lindenberg dell'Università di Stanford. Il lavoro è stato sostenuto dall’Ufficio di ricerca dell’esercito americano attraverso il MIT Institute for Soldier Nanotechnologies, il Samsung Global Research Outreach Program e il Center for Energy Efficient Research Science.
Riferimento della Gazzetta:
- Shi, J., Yoo, D., Vidal-Codina, F. et al. Una fotocamera CMOS terahertz sensibile alla polarizzazione a temperatura ambiente basata sulla conversione da terahertz a fotoni visibili potenziata da punti quantici. Naz. Nanotecnologie. (2022). DOI: 10.1038/s41565-022-01243-9
