서브밀리미터 방사선이라고도 알려진 테라헤르츠 방사선은 많은 비금속 물질을 관통하여 특정 분자의 특징을 감지할 수 있습니다. 흥미로운 특성으로 인해 여러 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 그러나 현재 사용되는 대부분의 테라헤르츠 장치는 가격이 비싸고 느리며 부피가 크고 진공 시스템이 필요하며 극도로 낮은 온도에서 작동하므로 테라헤르츠 장치의 이미지를 감지하고 생성하는 장치를 개발하기가 어렵습니다. 테라 헤르츠 파도.
지금, MIT 과학자들이 협력하여 미네소타 대학 그리고 삼성은 저가형 테라헤르츠 카메라를 개발했습니다. 이 새로운 카메라는 상온 및 압력에서 높은 감도로 테라헤르츠 펄스를 신속하게 감지할 수 있습니다. 또한 기존 장치에서는 불가능한 파동의 방향 또는 "편파"에 대한 정보를 실시간으로 동시에 캡처할 수 있습니다.
이 정보를 사용하여 비대칭 분자 함유 물질을 식별하거나 표면 지형을 확인할 수 있습니다.
양자점신기술에 사용되는 는 테라헤르츠 진동에 의해 활성화될 때 가시광선을 방출하는 것으로 최근 발견되었습니다. 그런 다음 가시광선을 육안으로 관찰하고 일반 전자 장치의 감지기와 유사한 장치로 포착할 수 있습니다. 카메라.
과학자들은 두 가지 서로 다른 장치를 고안했습니다. 하나는 테라헤르츠 펄스를 가시광선으로 변환하는 양자점의 기능을 사용하는 것입니다. 다른 하나는 테라헤르츠파의 편광 상태를 보여주는 이미지를 생성합니다.
새로운 "카메라"는 여러 레이어로 구성되며 마이크로칩과 유사한 산업 표준 제조 공정을 사용하여 제작되었습니다. 기판은 발광 양자점 재료 층으로 덮여 있으며, 그 뒤에는 작은 슬릿으로 나누어진 금 나노 규모의 평행선 층이 있습니다. 마지막으로, CMOS 칩 이미지를 생성하는데 활용됩니다. 편광 검출기와 유사한 편광계는 고리 모양의 나노크기 슬릿을 사용하여 들어오는 광선의 편광을 검출할 수 있습니다.
화학 교수 Keith Nelson은 이렇게 말했습니다. “테라헤르츠 방사선의 광자는 에너지가 극히 낮아 감지하기 어렵습니다. 따라서 이 장치가 하는 일은 그 작은 광자 에너지를 일반 카메라로 쉽게 감지할 수 있는 가시적인 에너지로 변환하는 것입니다.”
실험 중에 카메라는 오늘날의 크고 값비싼 시스템의 성능을 능가하는 낮은 강도 수준의 테라헤르츠 펄스를 감지했습니다. 또한 장치에 사용된 일부 구조의 테라헤르츠 조명 사진을 촬영하여 감지기의 기능을 보여줍니다.
과학자들은 다음과 같이 말했습니다. "그들은 새로운 작업으로 테라헤르츠 펄스 감지 문제를 해결했지만 좋은 소스가 부족하여 전 세계의 많은 연구 그룹에서 작업하고 있습니다."
"새로운 연구에 사용된 테라헤르츠 소스는 실제 응용 분야로 쉽게 확장할 수 없는 크고 번거로운 레이저 및 광학 장치 배열이지만 마이크로 전자 기술을 기반으로 하는 새로운 소스가 잘 개발 중입니다."
“저는 이것이 속도 제한 단계라고 생각합니다. 비용이 많이 들지 않는 손쉬운 방법으로 [테라헤르츠] 신호를 만들 수 있습니까? 하지만 질문은 나오지 않습니다.”
논문의 공동 저자이자 미네소타 대학교 전기 및 컴퓨터 공학과의 McKnight 교수인 오상현은 추가 현재 버전의 테라헤르츠 카메라 가격은 수만 달러에 달하지만 이 시스템에 사용되는 CMOS 카메라의 저렴한 특성은 "실용적인 테라헤르츠 카메라 구축을 향한 큰 진전"을 가능하게 합니다.
카메라 시스템이 아직 상용화되려면 아직 멀었지만 과학자들은 테라헤르츠 방사선을 감지하는 빠른 방법이 필요할 때 새로운 실험실 장치를 사용하고 있습니다.
연구팀에는 미네소타 대학의 유해한; MIT의 Ferran Vidal-Codina, Ngoc-Cuong Nguyen, Hendrik Utzat, Jinchi Han, Vladimir Bulović, Moungi Bawendi 및 Jaime Peraire; 삼성종합기술원 백찬욱, 조경상; 스탠포드 대학의 Aaron Lindenberg. 이 작업은 MIT 군인 나노기술 연구소, 삼성 글로벌 연구 지원 프로그램, 에너지 효율 연구 과학 센터를 통해 미 육군 연구소의 지원을 받았습니다.
저널 참조 :
- Shi, J., Yu, D., Vidal-Codina, F. et al. 양자점 강화 테라헤르츠에서 가시광선 광자 상향 변환을 기반으로 하는 상온 편광 감지 CMOS 테라헤르츠 카메라입니다. Nat. 나노 테크 놀. (2022). DOI : 10.1038/s41565-022-01243-9
