Un gruppo di ricerca dell'Università di Tohoku e del RIKEN ha sviluppato un rilevatore di onde terahertz ad alta velocità e sensibilità che funziona a temperatura ambiente, aprendo la strada a progressi nello sviluppo della tecnologia 6G/7G di prossima generazione.
I dettagli della loro svolta sono stati pubblicati sulla rivista Nanophotonics il 9 novembre 2023.
Il miglioramento delle attuali velocità di comunicazione si baserà sulle onde terahertz (THz). Le onde THz sono onde elettromagnetiche nell'intervallo THz, che rientra tra le porzioni delle microonde e degli infrarossi dello spettro elettromagnetico, che in genere si estendono su frequenze da 300 gigahertz a 3 THz.
Tuttavia, il rilevamento rapido e sensibile delle onde THz a temperatura ambiente rappresenta una sfida per i dispositivi semiconduttori convenzionali basati su elettronica o fotonica.
È qui che entrano in gioco i plasmoni bidimensionali. In un transistor ad effetto di campo a semiconduttore, c'è un canale elettronico bidimensionale in cui esistono quanti collettivi di densità di carica, cioè plasmoni bidimensionali. Questi plasmoni sono stati eccitati di elettroni che mostrano comportamenti simili a fluidi. I loro effetti di rettifica non lineare, originati da questi comportamenti simili a fluidi, e la loro risposta rapida (non vincolata dal tempo di transito degli elettroni) li rendono un mezzo promettente per rilevare le onde THz a temperatura ambiente.
"Abbiamo scoperto un effetto di rettifica plasmonica 3D nel rilevatore di onde THz", afferma Akira Satou, leader del gruppo di ricerca e professore associato presso l'Istituto di ricerca per le comunicazioni elettriche (RIEC) dell'Università di Tohoku. "Il rilevatore era basato su un transistor ad alta mobilità elettronica con fosfuro di indio e ci ha permesso di migliorare la sensibilità di rilevamento di oltre un ordine di grandezza superiore rispetto ai rilevatori convenzionali basati su plasmoni 2D."
Il nuovo metodo di rilevamento combinava il tradizionale effetto di rettifica idrodinamica non lineare verticale dei plasmoni 2D con l'aggiunta di una non linearità verticale della corrente di diodo.
Ha inoltre risolto drasticamente la distorsione della forma d'onda causata da riflessioni multiple di segnali modulati ad alta velocità, un problema critico nei rilevatori convenzionali basati su plasmoni 2D.
A guidare il gruppo insieme a Satou c'erano il professore appositamente nominato Tetsuya Suemitsu del New Industry Creation Hatchery Center dell'Università di Tohoku e Hiroaki Minamide del RIKEN Center for Advanced Photonics.
"Il nostro nuovo meccanismo di rilevamento supera la maggior parte dei colli di bottiglia dei rilevatori convenzionali di onde terahertz", aggiunge Satou. "Guardando al futuro, speriamo di consolidare i nostri risultati migliorando le prestazioni del dispositivo."
Ulteriori informazioni: Akira Satou et al, Lettura del gate e un effetto di rettifica 3D per il potenziamento della reattività gigante dei rilevatori terahertz plasmonici asimmetrici a doppio reticolo, Nanofotonica (2023). DOI:10.1515/nanoph-2023-0256
Fornito dall'Università di Tohoku
