サブミリ波放射線としても知られるテラヘルツ放射線は、多くの非金属材料を透過し、特定の分子の特徴を検出できます。その興味深い特性により、さまざまな用途に使用できます。しかし、現在使用されているテラヘルツデバイスの大部分は、高価で、速度が遅く、かさばり、真空システムが必要で、極低温で動作するため、テラヘルツから画像を検出して作成するデバイスの開発が困難です。 テラヘルツ波.
今、 マサチューセッツ工科大学（MIT） 科学者らと協力して、 ミネソタ大学 とサムスンは、低コストのテラヘルツカメラを開発しました。この新しいカメラは、室温常圧でテラヘルツパルスを高速かつ高感度に検出できます。さらに、既存のデバイスでは不可能な、波の方向または「偏光」に関する情報をリアルタイムで同時に取得できます。
この情報を使用して、非対称な分子を含む材料を識別したり、その表面トポグラフィーを確認したりできます。
量子ドット新しい技術で使用される、テラヘルツ振動によって活性化されると可視光を放出することが最近発見されました。その後、可視光を肉眼で観察し、通常の電子機器の検出器に似たデバイスで捕捉できます。 カメラ.
科学者たちは 2 つの異なるデバイスを考案しました。1 つは量子ドットの能力を利用してテラヘルツ パルスを可視光に変換します。もう 1 つは、テラヘルツ波の偏光状態を示す画像を生成します。
新しい「カメラ」は複数の層で構成されており、マイクロチップと同様の業界標準の製造プロセスを使用して作成されました。基板は発光量子ドット材料の層で覆われ、その後に小さなスリットで分割された金のナノスケール平行線の層が続きます。最後に、 CMOSチップ イメージ作成に利用されます。偏光計は偏光検出器と同様であり、リング状のナノスケール スリットを使用して入射ビームの偏光を検出できます。
化学教授のキース・ネルソンはこう言いました。 「テラヘルツ放射線の光子はエネルギーが非常に低いため、検出するのが困難です。つまり、このデバイスが行っていることは、その小さな光子エネルギーを、通常のカメラで簡単に検出できる目に見えるものに変換することです。」
実験中、カメラは今日の大規模で高価なシステムの能力を超える低強度レベルのテラヘルツパルスを検出しました。さらに、デバイスに使用されているいくつかの構造のテラヘルツ照射写真を撮影することで、検出器の機能も示します。
科学者たちは、 「彼らは新しい研究でテラヘルツパルス検出の問題を解決しましたが、優れた情報源は依然として不足しており、世界中の多くの研究グループによって研究が進められています。」
「新しい研究で使用されるテラヘルツ源は、大規模で扱いにくいレーザーと光学デバイスの配列であり、実際の用途に簡単に拡張することはできませんが、マイクロエレクトロニクス技術をベースにした新しい源は開発中です。」
「これが速度制限のステップだと思います。コストをかけずに簡単な方法で[テラヘルツ]信号を作ることはできますか?しかし、質問は来ません。」
この論文の共著者であり、ミネソタ大学の電気・コンピュータ工学のマックナイト教授であるサン・ヒョン・オー氏は、次のように述べています。 それを追加します 現在のバージョンのテラヘルツ カメラの価格は数万ドルですが、このシステムに使用される CMOS カメラは安価であるため、「実用的なテラヘルツ カメラの構築に向けた大きな前進」となります。
このカメラ システムはまだ実用化にはほど遠いものの、科学者たちはテラヘルツ放射を迅速に検出する方法が必要なときにこの新しい実験装置を使用しています。
研究チームにはミネソタ大学のDaehan Yoo氏も含まれていた。 MITのフェラン・ビダル＝コディナ、ゴック＝クオン・グエン、ヘンドリック・ウザット、ジンチ・ハン、ウラジミール・ブロヴィッチ、ムンギ・バウェンディ、ハイメ・ペレール。サムスン先端技術大学の Chan-Wook Baik 氏と Kyung-Sang Cho 氏。そしてスタンフォード大学のアーロン・リンデンバーグ氏。この研究は、MIT 兵士ナノテクノロジー研究所、Samsung Global Research Outreach Program、およびエネルギー効率研究科学センターを通じた米国陸軍研究局の支援を受けました。
ジャーナルリファレンス：
- Shi、J.、Yoo、D.、Vidal-Codina、F. 他。量子ドットで強化されたテラヘルツから可視光子へのアップコンバージョンに基づく、室温偏光感応型CMOSテラヘルツカメラ。 Nat。 ナノテク。 （2022）。 DOI： 10.1038/s41565-022-01243-9
