I fisici dell'Università del Sussex hanno sviluppato una struttura estremamente sottile, sorgente di superficie a semiconduttore di grande area di terahertz, composto da pochi strati atomici e compatibile con le piattaforme elettroniche esistenti.

Le sorgenti Terahertz emettono brevi impulsi luminosi che oscillano a "trilioni di volte al secondo". A questa scala, sono troppo veloci per essere gestiti dall'elettronica standard, e, fino a poco tempo fa, troppo lento per essere gestito dalle tecnologie ottiche. Ciò ha un grande significato per l'evoluzione dei dispositivi di comunicazione ultraveloci al di sopra del limite di 300 GHz, come quello richiesto per la tecnologia dei telefoni cellulari 6G, qualcosa che è ancora fondamentalmente oltre il limite dell'elettronica attuale.

I ricercatori dell'Emergent Photonics (EPic) Lab del Sussex, guidato dal Direttore del Laboratorio di Fotonica Emergente (EPic) Professor Marco Peccianti, sono leader nella tecnologia delle emissioni di terahertz di superficie avendo ottenuto le sorgenti di semiconduttori di superficie più luminose e sottili finora dimostrate. La regione di emissione del loro nuovo sviluppo, una sorgente a semiconduttore di terahertz, è 10 volte più sottile di quanto realizzato in precedenza, con prestazioni paragonabili o addirittura migliori.

Gli strati sottili possono essere posizionati sopra oggetti e dispositivi esistenti, il che significa che sono in grado di posizionare una sorgente terahertz in luoghi che altrimenti sarebbero stati inconcepibili, compresi oggetti di uso quotidiano come una teiera o persino un'opera d'arte, aprendo un enorme potenziale per l'anti-contraffazione e "l'internet delle cose", così come l'elettronica precedentemente incompatibile, come un telefono cellulare di nuova generazione.

Dott. Juan S. Totero Gongora, Leverhulme Early Career Fellow presso l'Università del Sussex, ha detto:"Dal punto di vista della fisica, i nostri risultati forniscono una risposta a lungo cercata che risale alla prima dimostrazione di sorgenti terahertz basate su laser a due colori. I semiconduttori sono ampiamente utilizzati nelle tecnologie elettroniche, ma sono rimasti per lo più fuori portata per questo tipo di meccanismo di generazione di terahertz. I nostri risultati aprono quindi una vasta gamma di interessanti opportunità per le tecnologie terahertz".

Dottor Luke Peters, Research Fellow del progetto TIMING del Consiglio Europeo della Ricerca presso l'Università del Sussex, ha dichiarato:"L'idea di collocare sorgenti terahertz in luoghi inaccessibili ha un grande fascino scientifico, ma in pratica è molto impegnativa. La radiazione terahertz può avere un ruolo superlativo nella scienza dei materiali, scienze della vita e sicurezza. Tuttavia, è ancora estraneo alla maggior parte della tecnologia esistente, compresi i dispositivi che parlano con oggetti di uso quotidiano come parte dell'"Internet delle cose" in rapida espansione. Questo risultato è una pietra miliare nel nostro percorso per avvicinare le funzioni terahertz alla nostra vita quotidiana".

Trovandosi tra le microonde e gli infrarossi nello spettro elettromagnetico, Le onde terahertz sono una forma di radiazione molto ricercata nella ricerca e nell'industria. Hanno una capacità naturale di rivelare la composizione materiale di un oggetto penetrando facilmente in materiali comuni come carta, vestiti e plastica allo stesso modo dei raggi X, ma senza essere dannoso.

L'imaging Terahertz consente di "vedere" la composizione molecolare degli oggetti e di distinguere tra materiali diversi. I precedenti sviluppi del team del Prof Peccianti hanno mostrato le potenziali applicazioni delle fotocamere terahertz, che potrebbe essere trasformativo nella sicurezza aeroportuale, e scanner medici, come quelli utilizzati per rilevare i tumori della pelle.

Una delle maggiori sfide affrontate dagli scienziati che lavorano nella tecnologia dei terahertz è che ciò che è comunemente accettato come una "fonte intensa di terahertz" è debole e ingombrante rispetto a, Per esempio, una lampadina. In molti casi, la necessità di materiali molto esotici, come i cristalli non lineari, li rende ingombranti e costosi. Questo requisito pone sfide logistiche per l'integrazione con altre tecnologie, come sensori e comunicazioni ultraveloci.

Il team del Sussex ha superato queste limitazioni sviluppando sorgenti di terahertz da materiali estremamente sottili (circa 25 strati atomici). Illuminando un semiconduttore di tipo elettronico con due diversi tipi di luce laser, ciascuno oscillante a frequenza o colore diverso, sono stati in grado di suscitare l'emissione di brevi raffiche di radiazioni Terahertz.

Questa scoperta scientifica è stata a lungo ricercata dagli scienziati che lavorano nel campo sin dalla prima dimostrazione di sorgenti terahertz basate su laser a due colori nei primi anni 2000. Sorgenti terahertz bicolore basate su speciali miscele di gas, come l'azoto, argon o krypton, sono tra le migliori fonti disponibili oggi. semiconduttori, ampiamente utilizzato nelle tecnologie elettroniche, sono rimasti per lo più fuori portata per questo tipo di meccanismo di generazione di terahertz.