Milimetre altı radyasyon olarak da bilinen Terahertz radyasyonu, birçok metalik olmayan malzemeye nüfuz edebilir ve belirli moleküllerin imzalarını tespit edebilir. İlginç özelliklerinden dolayı birçok uygulamada kullanılabilirler. Bununla birlikte, halihazırda kullanımda olan terahertz cihazlarının çoğunluğu pahalıdır, yavaştır, hantaldır, vakum sistemleri gerektirir ve son derece düşük sıcaklıklarda çalışır, bu da görüntüleri algılayan ve oluşturan cihazların geliştirilmesini zorlaştırır. terahertz dalgaları.
Şimdi, İLE bilim insanları ile işbirliği içinde Minnesota Üniversitesi ve Samsung, düşük maliyetli bir terahertz kamera geliştirdi. Bu yeni kamera, terahertz darbelerini yüksek hassasiyetle, oda sıcaklığı ve basıncında hızlı bir şekilde algılayabiliyor. Dahası, mevcut cihazların yakalayamadığı şekilde, gerçek zamanlı olarak dalgaların yönelimi veya “kutuplaşması” hakkındaki bilgileri eş zamanlı olarak yakalayabilir.
Asimetrik molekül içeren malzemeler tanımlanabilir veya bu bilgiler kullanılarak yüzey topografyaları tespit edilebilir.
Kuantum noktalarıYeni teknolojide kullanılan ışıkların terahertz titreşimleriyle etkinleştirildiğinde görünür ışık yaydığı yakın zamanda keşfedildi. Daha sonra görünür ışık çıplak gözle gözlemlenebilir ve normal bir elektronik dedektöre benzeyen bir cihaz tarafından yakalanabilir. kamera.
Bilim insanları iki farklı cihaz tasarladı: Biri kuantum noktasının terahertz darbelerini görünür ışığa dönüştürme yeteneğini kullanıyor. Diğeri ise terahertz dalgalarının polarizasyon durumunu gösteren görüntüler üretiyor.
Yeni "kamera" birkaç katmandan oluşuyor ve mikroçiplere benzer endüstri standardı üretim süreçleri kullanılarak oluşturuldu. Substrat, ışık yayan kuantum nokta malzemesi tabakasıyla kaplanır ve ardından küçük yarıklarla bölünmüş altın nano ölçekli paralel çizgilerden oluşan bir tabaka gelir. Son olarak, bir CMOS çipi görüntü oluşturmak için kullanılır. Polarizasyon dedektörününkine benzer bir polarimetre, halka şeklindeki nano ölçekli yarıkları kullanarak gelen ışınların polarizasyonunu tespit edebilir.
Kimya profesörü Keith Nelson şunları söyledi: "Terahertz radyasyonunun fotonları son derece düşük enerjiye sahip, bu da onların tespit edilmesini zorlaştırıyor. Yani bu cihazın yaptığı şey, o küçük foton enerjisini, normal bir kamerayla kolayca tespit edilebilecek, görünür bir şeye dönüştürmektir."
Deneyler sırasında kamera, günümüzün büyük ve pahalı sistemlerinin kapasitesini aşan düşük yoğunluktaki terahertz darbelerini tespit etti. Üstelik cihazlarda kullanılan bazı yapıların terahertz aydınlatmalı fotoğraflarını çekerek dedektörün yeteneklerini de gösteriyor.
Bilim adamları kaydetti, "Yeni çalışmalarıyla terahertz darbe algılama problemini çözdüler, iyi kaynak eksikliği devam ediyor ve dünya çapında birçok araştırma grubu tarafından üzerinde çalışılıyor."
"Yeni çalışmada kullanılan terahertz kaynağı, pratik uygulamalara kolayca ölçeklenemeyen geniş ve hantal bir lazer ve optik cihaz dizisidir, ancak yeni kaynaklara dayalı mikroelektronik teknikler geliştirilme aşamasındadır."
“Bence hız sınırlayıcı adım bu: [terahertz] sinyallerini pahalı olmayan, kolay bir şekilde yapabilir misiniz? Ama hiçbir soru gelmiyor.”
Makalenin ortak yazarı ve Minnesota Üniversitesi'nde McKnight Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü olan Sang-Hyun Oh, ekliyor Terahertz kameraların mevcut versiyonları onbinlerce dolara mal olsa da, bu sistem için kullanılan CMOS kameraların ucuz yapısı onu "pratik bir terahertz kamera oluşturmaya yönelik büyük bir adım" haline getiriyor.
Kamera sistemi hâlâ ticarileşmekten uzak olsa da bilim insanları, terahertz radyasyonunu tespit etmenin hızlı bir yoluna ihtiyaç duyduklarında yeni laboratuvar cihazını kullanıyor.
Araştırma ekibinde Minnesota Üniversitesi'nden Daehan Yoo; MIT'den Ferran Vidal-Codina, Ngoc-Cuong Nguyen, Hendrik Utzat, Jinchi Han, Vladimir Bulović, Moungi Bawendi ve Jaime Peraire; Samsung İleri Teknoloji Enstitüsü'nden Chan-Wook Baik ve Kyung-Sang Cho; ve Stanford Üniversitesi'nden Aaron Lindenberg. Çalışma, MIT Asker Nanoteknolojileri Enstitüsü, Samsung Küresel Araştırma Sosyal Yardım Programı ve Enerji Verimli Araştırma Bilimi Merkezi aracılığıyla ABD Ordusu Araştırma Ofisi tarafından desteklendi.
Dergi Referans:
- Shi, J., Yoo, D., Vidal-Codina, F. ve diğerleri. Kuantum noktayla geliştirilmiş terahertz'den görünür foton üst dönüşümüne dayanan, oda sıcaklığında polarizasyona duyarlı CMOS terahertz kamera. Nat. Nanoteknoloji. (2022). DOI: 10.1038/s41565-022-01243-9
