Teraherčno sevanje – znano tudi kot submilimetrsko sevanje, lahko prodre skozi številne nekovinske materiale in zazna podpise določenih molekul. Zaradi svojih zanimivih lastnosti jih je mogoče uporabiti v več aplikacijah. Vendar je večina teraherčnih naprav, ki se trenutno uporabljajo, dragih, počasnih, obsežnih, zahtevajo vakuumske sisteme in delujejo pri izjemno nizkih temperaturah, zaradi česar je težko razviti naprave, ki zaznavajo in ustvarjajo slike iz terahertz valovi.
zdaj, MIT znanstveniki v sodelovanju z Univerza v Minnesoti in Samsung sta razvila poceni teraherčno kamero. Ta nova kamera lahko zazna teraherčne impulze hitro, z visoko občutljivostjo ter pri sobni temperaturi in tlaku. Poleg tega lahko hkrati zajame informacije o usmerjenosti ali "polarizaciji" valov v realnem času, česar obstoječe naprave ne morejo.
Materiale, ki vsebujejo asimetrične molekule, je mogoče identificirati ali pa je mogoče ugotoviti njihovo površinsko topografijo s pomočjo teh informacij.
Kvantne pike, ki se uporabljajo v novi tehnologiji, so nedavno odkrili, da oddajajo vidno svetlobo, ko jih aktivirajo teraherčne vibracije. Nato lahko vidno svetlobo opazujemo s prostim očesom in jo ujamemo z napravo, ki je podobna detektorju navadnega elektronskega kamera.
Znanstveniki so izdelali dve različni napravi: ena uporablja sposobnost kvantne pike za pretvorbo teraherčnih impulzov v vidno svetlobo. Drugi ustvarja slike, ki prikazujejo stanje polarizacije teraherčnih valov.
Nova "kamera" je sestavljena iz več plasti in je bila ustvarjena z uporabo industrijskih standardnih proizvodnih procesov, podobnih tistim za mikročipe. Podlaga je prekrita s plastjo materiala s kvantnimi pikami, ki oddajajo svetlobo, ki ji sledi plast zlatih vzporednih črt v nanometrskem merilu, razdeljenih z drobnimi režami. Končno, a CMOS čip se uporablja za ustvarjanje slike. Polarimeter, ki je podoben polarizacijskemu detektorju, lahko zazna polarizacijo prihajajočih žarkov z uporabo obročastih rež na nanometru.
Profesor kemije Keith Nelson je dejal, »Fotoni teraherčnega sevanja imajo izjemno nizko energijo, zaradi česar jih je težko zaznati. Torej, kar ta naprava počne, je pretvarjanje te majhne majhne fotonske energije v nekaj vidnega, kar je enostavno zaznati z običajno kamero.«
Med poskusi je kamera zaznala teraherčne impulze z nizko intenzivnostjo, ki je presegla zmožnost današnjih velikih in dragih sistemov. Poleg tega prikazuje tudi zmogljivosti detektorja, tako da posname slike nekaterih struktur, ki se uporabljajo v njihovih napravah, osvetljene s teraherci.
Znanstveniki so opozorili, "S svojim novim delom so rešili problem zaznavanja teraherčnih impulzov, pomanjkanje dobrih virov ostaja - in s tem se ukvarjajo številne raziskovalne skupine po vsem svetu."
"Vir terahercev, uporabljen v novi študiji, je velik in okoren nabor laserjev in optičnih naprav, ki jih ni mogoče zlahka prilagoditi praktičnim aplikacijam, vendar so mikroelektronske tehnike, ki temeljijo na novih virih, že v razvoju."
»Mislim, da je to korak, ki omejuje hitrost: ali lahko naredite signale [terahercev] na enostaven način, ki ni drag? Toda vprašanje ne pride."
Sang-Hyun Oh, soavtor prispevka in McKnightov profesor elektrotehnike in računalništva na Univerzi v Minnesoti, doda, da medtem ko sedanje različice teraherčnih kamer stanejo na desettisoče dolarjev, so zaradi poceni kamer CMOS, ki se uporabljajo za ta sistem, "velik korak naprej k izdelavi praktične teraherčne kamere."
Čeprav je sistem kamer še daleč od komercializacije, znanstveniki uporabljajo novo laboratorijsko napravo, ko potrebujejo hiter način za zaznavanje teraherčnega sevanja.
Raziskovalna skupina je vključevala Daehan Yoo z Univerze v Minnesoti; Ferran Vidal-Codina, Ngoc-Cuong Nguyen, Hendrik Utzat, Jinchi Han, Vladimir Bulović, Moungi Bawendi in Jaime Peraire na MIT; Chan-Wook Baik in Kyung-Sang Cho na Samsung Advanced Institute of Technology; in Aaron Lindenberg na univerzi Stanford. Delo je podprl Raziskovalni urad ameriške vojske prek Inštituta za vojaške nanotehnologije MIT, programa Samsung Global Research Outreach in Centra za energetsko učinkovito raziskovalno znanost.
Referenca dnevnika:
- Shi, J., Yoo, D., Vidal-Codina, F. et al. Teraherčna kamera CMOS, občutljiva na polarizacijo pri sobni temperaturi, ki temelji na pretvorbi terahercev v vidne fotone, izboljšane s kvantnimi pikami. Nat. Nanotehnol. (2022). DOI: 10.1038/s41565-022-01243-9
