I fisici del RIKEN hanno dimostrato un dispositivo a semiconduttore promettente sia per la generazione che per il rilevamento di radiazioni terahertz. Ciò può aiutare lo sviluppo di soluzioni integrate ad alte prestazioni per applicazioni di rilevamento e imaging terahertz, nonché per applicazioni ad alta velocità, sistemi di comunicazione wireless di nuova generazione.

Le radiazioni terahertz sono onde elettromagnetiche con frequenze comprese tra 0,1 e 10 terahertz. Rientra tra le microonde e la radiazione infrarossa sullo spettro elettromagnetico. Questa gamma è stata soprannominata gap terahertz perché è stata sottoutilizzata nelle applicazioni rispetto ad altre regioni dello spettro, che sono stati ampiamente utilizzati in molte applicazioni.

Uno dei motivi per cui la radiazione terahertz non è stata utilizzata molto è che è stato tradizionalmente difficile generare e rilevare la radiazione terahertz. Ma gli ultimi anni hanno visto molti progressi in questo settore, e la radiazione terahertz sta riscuotendo interesse per l'imaging per la sicurezza aeroportuale e per scopi medici, nonché per i sistemi di comunicazione wireless che utilizzano onde terahertz invece delle microonde come vettore di informazioni.

Mentre i dispositivi a semiconduttore noti come oscillatori a diodo tunnel risonante (RTD) sono stati utilizzati come emettitori terahertz per molti anni, Yuma Takida e Hiroaki Minamide del RIKEN Center for Advanced Photonics hanno ora dimostrato di poter rilevare anche le radiazioni terahertz a temperatura ambiente.

"Il nostro risultato dimostra che gli oscillatori RTD terahertz possono essere utilizzati come rivelatori sensibili di onde terahertz, " dice Takida. "Questo promette di accelerare lo sviluppo di oscillatori integrati e rivelatori singoli chip, che aprirà la strada alle applicazioni terahertz del mondo reale".

La coppia RIKEN, che ha collaborato con Safumi Suzuki e Masahiro Asada del Tokyo Institute of Technology, fabbricato un RTD che può funzionare in due modalità di rilevamento. Una di queste modalità era particolarmente sensibile alla rilevazione delle onde terahertz, con prestazioni che rivaleggiano con quelle dei rivelatori a diodi.

"Gli RTD hanno diversi vantaggi chiave rispetto ad altri rilevatori, " nota Takida. "Questi vantaggi includono una gamma dinamica più ampia grazie alla resistenza all'elevata potenza in ingresso e una maggiore sensibilità a temperatura ambiente. Per di più, abbiamo dimostrato che un singolo dispositivo RTD può essere utilizzato sia come oscillatore che come rivelatore a frequenze terahertz."

Takida afferma che la crescente domanda di tecnologia terahertz e il progresso nella tecnologia dei semiconduttori hanno reso possibile il lavoro.

Il team prevede che l'ottimizzazione del design consentirà di fabbricare dispositivi che funzionano ovunque nella regione di 0,1–2 terahertz. Il lavoro futuro si concentrerà sul miglioramento della sensibilità del loro rilevatore RTD e sulla dimostrazione di soluzioni integrate per la miscelazione eterodina a banda larga a frequenze terahertz.