Sensori portatili portatili per il rilevamento di esplosivi, sensori indossabili in grado di rilevare agenti chimici, dispositivi compatti per l'identificazione rapida e accurata dei difetti nei chip di elaborazione, nonché avanzati, tecniche di imaging non invasive in grado di rilevare piccoli tumori potrebbero diventare una realtà prima del previsto, poiché i ricercatori di tutto il mondo stanno studiando attivamente nuovi modi per sfruttare la tecnologia terahertz (THz). Dare un grande impulso a questo sforzo di ricerca globale è un importante passo avanti tecnologico nella tecnologia terahertz raggiunto dai ricercatori della National University of Singapore (NUS).

Guidato dal Professore Associato Yang Hyunsoo e dal Dr Wu Yang del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica presso la Facoltà di Ingegneria NUS e l'Istituto di nanoscienze e nanotecnologie NUS, il team di ricerca ha sviluppato con successo emettitori THz ad alte prestazioni e a bassa potenza che potrebbero essere prodotti in serie a basso costo, affrontare una sfida critica per l'applicazione industriale della tecnologia THz. Questi emettitori THz, che vengono utilizzati per la generazione di onde THz, può funzionare anche su superfici flessibili senza compromettere le prestazioni.

Il team di ricerca ha pubblicato i risultati del loro studio sulla rivista scientifica Materiale avanzato il 25 gennaio 2017. Questa invenzione è stata realizzata in collaborazione con ricercatori dell'Istituto di ricerca e ingegneria dei materiali sotto l'Agenzia per la scienza di Singapore, Tecnologia e Ricerca, così come l'Università di Tongji in Cina.

"La nostra invenzione è un grande passo avanti nella tecnologia THz e crediamo che questo accelererà notevolmente la sua applicazione in vari campi. Ad esempio, in materia di sorveglianza della sicurezza, la nostra invenzione può contribuire alla miniaturizzazione di ingombranti sistemi THz da utilizzare nella rilevazione di sostanze chimiche pericolose ed esplosivi per la protezione contro minacce ostili. I dispositivi di screening THz convenienti e ad alte prestazioni potrebbero anche migliorare la diagnosi delle malattie e avvantaggiare i pazienti. Per di più, fabbricare il nostro dispositivo su una superficie flessibile apre anche molte interessanti possibilità per incorporarlo in dispositivi indossabili, "ha spiegato Assoc Prof Yang.

Fare onde in terahertz

Le onde THz hanno attirato molta attenzione negli ultimi due decenni in quanto hanno applicazioni promettenti in una vasta gamma di settori dalla medicina, sorveglianza all'informatica e alla comunicazione. THz onde, che hanno lunghezze d'onda che vanno da decine di micron a pochi millimetri, occupano lo spazio tra le microonde e le onde luminose infrarosse nello spettro elettromagnetico.

Essendo non ionizzante e non distruttivo, Le onde THz possono passare attraverso materiali non conduttori come vestiti, carta, legno e mattoni, rendendoli ideali per applicazioni in aree come la diagnosi del cancro, rilevamento di sostanze chimiche, droga ed esplosivi, analisi del rivestimento e controllo qualità dei chip dei circuiti integrati. Però, le attuali sorgenti THz sono grandi, sistemi multicomponente pesanti e costosi. Tali sistemi sono anche difficili da trasportare, operare, e mantenere.

Quindi, il flessibile, sorgenti di radiazioni THz a basso costo sviluppate dal team di ricerca potenzialmente aprono la strada a una maggiore adozione della tecnologia THz e contribuiscono alla commercializzazione di un'ampia gamma di applicazioni THz.

Basso costo, emettitori THz flessibili e a bassa potenza

"Metodi tradizionali per generare onde THz, come attraverso l'eccitazione di cristalli elettro-ottici o antenne fotoconduttive, spesso richiedono laser ad alta potenza costosi e ingombranti o processi di fabbricazione di dispositivi estremamente costosi e sofisticati. Gli emettitori THz del nostro team hanno mostrato prestazioni migliori rispetto ai dispositivi esistenti sotto molti aspetti. Allo stesso tempo, abbiamo anche sviluppato un processo di fabbricazione per produrre questi nuovi emettitori THz in grandi quantità a basso costo, "ha detto il dottor Wu, chi è il primo autore dello studio.

Sviluppato utilizzando eterostrutture metalliche a film sottile con uno spessore di 12 nanometri, le nuove sorgenti di radiazioni emettono onde THz a banda larga con una potenza di uscita maggiore rispetto a un emettitore di cristalli elettro-ottici rigidi standard di 500 micrometri di spessore. Inoltre, i nuovi emettitori possono essere alimentati da un laser a bassa potenza, quindi riducendo notevolmente i costi operativi.

Il team di ricerca ha anche ideato un romanzo, tecnica di fabbricazione a basso costo per produrre gli emettitori. Un film di grandi dimensioni può essere depositato e successivamente tagliato a cubetti su una grande quantità di dispositivi pronti all'uso, rendendo così questo metodo di produzione commercialmente scalabile. Il team di ricerca ha anche testato il dispositivo su superfici flessibili e ha scoperto che le sue prestazioni non erano state compromesse nonostante fosse soggetto a una grande curvatura di flessione.

Andando avanti, il team prevede di costruire un sistema di spettroscopia compatto utilizzando la tecnologia THz basata sui suoi emettitori THz avanzati. I ricercatori stanno anche cercando di migliorare l'emissione di THz per lunghezze d'onda specifiche, che sarà vantaggioso per una vasta gamma di studi e applicazioni relativi a THz. Il team di ricerca ha depositato un brevetto per l'invenzione e spera di lavorare con i partner del settore per esplorare ulteriormente le varie applicazioni di questa nuova tecnologia.