Riċerkaturi żviluppaw ċippa rqiqa ħafna b'ċirkwit fotoniku integrat li jista' jintuża biex jisfrutta l-hekk imsejjaħ distakk tat-terahertz – li jinsab bejn 0.3-30THz fl-ispettru elettromanjetiku – għall-ispettroskopija u l-immaġini.
Din id-distakk bħalissa hija xi ħaġa bħal żona mejta teknoloġika, li tiddeskrivi frekwenzi li huma veloċi wisq għall-apparati elettroniċi u tat-telekomunikazzjoni tal-lum, iżda bil-mod wisq għall-applikazzjonijiet tal-ottika u tal-immaġini.
Madankollu, iċ-ċippa l-ġdida tax-xjentisti issa tippermettilhom jipproduċu mewġ terahertz bi frekwenza, wavelength, amplitudni u fażi mfassla apposta. Kontroll preċiż bħal dan jista' jippermetti li r-radjazzjoni terahertz tiġi sfruttata għal applikazzjonijiet tal-ġenerazzjoni li jmiss kemm fil-qasam elettroniku kif ukoll f'dak ottiku.
Ix-xogħol, li sar bejn l-EPFL, l-ETH Zurich u l-Università ta’ Harvard, ġie ppubblikat fiKomunikazzjonijiet tan-Natura.
Cristina Benea-Chelmus, li mexxiet ir-riċerka fil-Laboratorju tal-Fotonika Ibrida (HYLAB) fl-Iskola tal-Inġinerija tal-EPFL, spjegat li filwaqt li l-mewġ tat-terahertz ġew prodotti f'ambjent ta' laboratorju qabel, l-approċċi preċedenti kienu jiddependu primarjament fuq kristalli bl-ingrossa biex jiġġeneraw il-frekwenzi t-tajba. Minflok, l-użu tal-laboratorju tagħha taċ-ċirkwit fotoniku, magħmul minn niobat tal-litju u mnaqqax fin fuq skala nanometrika minn kollaboraturi fl-Università ta' Harvard, jagħmel approċċ ferm aktar simplifikat. L-użu ta' sottostrat tas-silikon jagħmel ukoll l-apparat adattat għall-integrazzjoni f'sistemi elettroniċi u ottiċi.
“Il-ġenerazzjoni ta’ mewġ fi frekwenzi għoljin ħafna hija estremament ta’ sfida, u hemm ftit tekniki li jistgħu jiġġenerawhom b’mudelli uniċi,” spjegat hi. “Issa nistgħu niddisinjaw il-forma temporali eżatta tal-mewġ terahertz – biex ngħidu essenzjalment, ‘Irrid forma ta’ mewġa li tidher hekk.’”
Biex jikseb dan, il-laboratorju ta' Benea-Chelmus iddisinja l-arranġament tal-kanali taċ-ċippa, imsejħa waveguides, b'tali mod li antenni mikroskopiċi jistgħu jintużaw biex ixandru mewġ terahertz iġġenerati mid-dawl minn fibri ottiċi.
“Il-fatt li l-apparat tagħna diġà juża sinjal ottiku standard huwa tassew vantaġġ, għax ifisser li dawn iċ-ċipep ġodda jistgħu jintużaw ma’ lejżers tradizzjonali, li jaħdmu tajjeb ħafna u huma mifhuma sew. Dan ifisser li l-apparat tagħna huwa kompatibbli mat-telekomunikazzjoni,” enfasizzat Benea-Chelmus. Hija żiedet li apparati minjaturizzati li jibagħtu u jirċievu sinjali fil-medda tat-terahertz jistgħu jkollhom rwol ewlieni fis-sistemi mobbli tas-sitt ġenerazzjoni (6G).
Fid-dinja tal-ottika, Benea-Chelmus tara potenzjal partikolari għal ċipep minjaturizzati tan-nijobat tal-litju fl-ispettroskopija u l-immaġini. Minbarra li mhumiex jonizzanti, il-mewġ tat-terahertz għandhom enerġija ħafna aktar baxxa minn ħafna tipi oħra ta’ mewġ (bħar-raġġi-X) li bħalissa jintużaw biex jipprovdu informazzjoni dwar il-kompożizzjoni ta’ materjal – kemm jekk ikun għadma jew pittura taż-żejt. Apparat kompatt u mhux distruttiv bħaċ-ċippa tan-nijobat tal-litju jista’ għalhekk jipprovdi alternattiva inqas invażiva għat-tekniki spettrografiċi attwali.
“Tista’ timmaġina li tibgħat radjazzjoni terahertz minn ġo materjal li jinteressak u tanalizzah biex tkejjel ir-rispons tal-materjal, skont l-istruttura molekulari tiegħu. Dan kollu minn apparat iżgħar minn ras ta’ sulfarina,” qalet.
Sussegwentement, Benea-Chelmus qed tippjana li tiffoka fuq l-aġġustament tal-proprjetajiet tal-gwidi tal-mewġ u l-antenni taċ-ċippa biex tfassal forom tal-mewġ b'amplitudnijiet akbar, u frekwenzi u rati ta' tħassir aktar preċiżi. Hija tara wkoll potenzjal għat-teknoloġija terahertz żviluppata fil-laboratorju tagħha biex tkun utli għal applikazzjonijiet kwantistiċi.
“Hemm ħafna mistoqsijiet fundamentali li għandhom jiġu indirizzati; pereżempju, aħna interessati jekk nistgħux nużaw ċipep bħal dawn biex niġġeneraw tipi ġodda ta’ radjazzjoni kwantistika li jistgħu jiġu mmanipulati fuq perjodi ta’ żmien qosra ħafna. Mewġ bħal dawn fix-xjenza kwantistika jistgħu jintużaw biex jikkontrollaw oġġetti kwantiċi,” ikkonkludiet hi.
Ħin tal-posta: 14 ta' Frar 2023
