Un team guidato dai fisici TUM Alexander Holleitner e Reinhard Kienberger è riuscito per la prima volta a generare impulsi elettrici ultracorti su un chip utilizzando antenne metalliche di appena pochi nanometri, quindi eseguire i segnali a pochi millimetri dalla superficie e rileggerli in maniera controllata. La tecnologia consente lo sviluppo di nuovi, potenti componenti terahertz.

L'elettronica classica consente frequenze fino a circa 100 gigahertz. L'optoelettronica utilizza fenomeni elettromagnetici a partire da 10 terahertz. Questo intervallo intermedio è denominato gap terahertz, poiché componenti per la generazione del segnale, la conversione e il rilevamento sono stati estremamente difficili da implementare.

I fisici TUM Alexander Holleitner e Reinhard Kienberger sono riusciti a generare impulsi elettrici nella gamma di frequenze fino a 10 terahertz utilizzando minuscoli, cosiddette antenne plasmoniche e facendole scorrere su un chip. I ricercatori chiamano le antenne plasmoniche se la loro forma amplifica l'intensità della luce sulle superfici metalliche.

La forma asimmetrica delle antenne è importante. Un lato delle strutture metalliche di dimensioni nanometriche è più appuntito dell'altro. Quando un impulso laser focalizzato sull'obiettivo eccita le antenne, emettono più elettroni sul loro lato appuntito che su quelli piatti opposti. Una corrente elettrica scorre tra i contatti, ma solo finché le antenne sono eccitate dalla luce laser.

"Nella fotoemissione, l'impulso di luce provoca l'emissione di elettroni dal metallo nel vuoto, " spiega Christoph Karnetzky, autore principale di Natura studio. "Tutti gli effetti di luce sono più forti sul lato nitido, compresa la fotoemissione che usiamo per generare una piccola quantità di corrente."

Gli impulsi luminosi sono durati solo pochi femtosecondi. Gli impulsi elettrici nelle antenne erano corrispondentemente brevi. tecnicamente, la struttura è interessante perché le nano-antenne possono essere integrate in circuiti terahertz di pochi millimetri di diametro. In questo modo, un impulso laser a femtosecondi con una frequenza di 200 terahertz potrebbe generare un segnale di terahertz ultracorto con una frequenza fino a 10 terahertz nei circuiti del chip, secondo Karnetsky.

I ricercatori hanno usato lo zaffiro come materiale del chip perché non può essere stimolato otticamente e, quindi non provoca alcuna interferenza. Con un occhio alle future applicazioni, hanno utilizzato laser con lunghezza d'onda di 1,5 micron distribuiti nei tradizionali cavi in ​​fibra ottica di Internet.

Holleitner e i suoi colleghi hanno fatto un'altra sorprendente scoperta:sia gli impulsi elettrici che quelli terahertz erano dipendenti in modo non lineare dalla potenza di eccitazione del laser. Ciò indica che la fotoemissione nelle antenne è innescata dall'assorbimento di più fotoni per impulso luminoso.

"Così veloce, fino ad ora non esistevano impulsi on-chip non lineari, " dice Alexander Holleitner. Utilizzando questo effetto spera di scoprire effetti di emissione del tunnel ancora più veloci nelle antenne e di usarli per applicazioni di chip.