Terahertz přichází

17.2.2020
Citace:
K. H. A. Villegas et al., Optical transistor for amplification of radiation in a broadband terahertz domain, Physical Review Letters (2020), arxiv.org/abs/1812.01182 - Gao, Y., Kaushik, S., Philip, E.J. et al. Chiral terahertz wave emission from the Weyl semimetal TaAs. Nat Commun 11, 720 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-14463-1 - Dunn, A., Poyser, C., Dean, P. et al. High-speed modulation of a terahertz quantum cascade laser by coherent acoustic phonon pulses. Nat Commun 11, 835 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-14662-w - Samizadeh Nikoo, M., Jafari, A., Perera, N. et al. Nanoplasma-enabled picosecond switches for ultrafast electronics. Nature 579, 534–539 (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2118-y
Zdroj
Terahertzový zesilovač v porovnání s jednoeurovou mincí, foto  Loughborough University.

Několik nedávných vynálezů výrazně rozšíří možnosti využití terahertzových elektromagnetických vln, relativně málo zvládnuté části spektra. Zahrnuje elektromagnetické záření s frekvencí 300 GHz až 3 THz, což odpovídá vlnovým délkám zhruba od 1 mm do 100 mikrometrů. Dosud chybějící jednoduchý zesilovač tvoří destička vysokoteplotního supravodiče pokrytá z obou stran grafenem. Při vložení napětí nebo ozáření elektromagnetickým vlněním o vyšší frekvenci odráží zesilovač terahertzové vlnění výrazně zesílené oproti dopadajícímu. Způsobují to interakce povrchových Podélné oscilace elektronů v krystalové mřížce pevných látek, které popisujeme jako virtuální (nikoli skutečnou) částiciplazmonů (plasmonů)?.

Terahetzové záření spolehlivě zobrazí zbraň ukrytou pod oděvem, aniž by člověka vystavovalo nebezpečnějšímu rentgenovému záření, foto ThruVision, Ltd.„Vesmír je plný terahertzového záření a signálů, ve skutečnosti všechny biologické organismy ho absorbují a vysílají. Očekávám, že s takovým zesilovačem, který je k dispozici, budeme schopni objevit mnoho tajemství přírody, například jak probíhají chemické reakce a biologické procesy, nebo jak náš mozek funguje a jak myslíme. Terahertzové frekvence jsou poslední, které by lidstvo mělo zvládnout. ... Mají vlastnosti, které by výrazně pomohly v rozsáhlých oblastech vědy, jako je zobrazování, spektroskopie, tomografie, lékařská diagnostika, monitorování zdraví, kontrola životního prostředí a chemická a biologická identifikace. Zařízení, které jsme vyvinuli, umožní vědcům a technikům využít nezvládnutou šířku pásma a vytvořit novou generaci lékařských přístrojů, detekčního hardwaru a bezdrátové komunikační technologie,“ vysvětluje spoluautor výzkumu Fedor V. Kusmartsev z Loughborough University.

Možnosti využití terahertzových vln jistě rozšíří i nedávný objev polarizovaného terahertzové záření z arsenidu tantalitého. TaAs je velmi zvláštní sloučenina podivuhodných kvantových vlastností, tzv. Weylův polokov. Vznikají v nich Weylovy femiony, částice s nulovou hmotností a elektrickým nábojem. Arsenid tantalitý je zatím jedinou krystalickou látkou, u které byly Weylovy fermiony experimentálně prokázány. Právě jejich polarizace umožňuje vznik polarizovaného terahertzového záření.

Výrazný impuls pro další rozvoj terahertzových technologií může znamenat objev akustické regulace kvantového kaskádového laseru, jednoho z nejvýznamnějších zdrojů terahertzových vln. V klasickém kaskádovém laseru elektron prochází sérií kvantových jam a v každé z nich vyzáří foton. Existující regulace elektrickým polem není dostatečně hbitá. Interakce mechanických kmitů krystalové mřížky s kvantovými jámami v budoucnu umožní modulovat laserový paprsek s průlomovou rychlostí až 100 gigabitů za sekundu.

testament 3.3.2020: Nešly by plazmony vyrábět bez použití nanotechnologií? Naudin je vyrábí tak, že do wolframového vlákna pouští pulzy malým napětím a vysokým proudem.Začnou pak běhat po povrchu vlákna a štěpí plyny okolo což je cíl. Problém je, že vlákno vydrží pouze 2 roky pak se musí vyměnit. Nešly by vyrábět nějak jinak?

testament 14.3.2020: Nejsou ty "Weylovy fermiony" náhodou tolik očekávaným objevem, kdy -jak bylo psáno zde na Akademonu- nebude nutné v elektrolytu v bateriích pohybovat celými ionty nýbrž pouze samotným nábojem? A že elektrické letadlo na tyto baterie obletí celou planetu na jedno nabití?

Nanotechnologický zdroj terahertzových vln, foto EPFL/POWERlab.31.3.2020: Jednoduchý miniaturní a výkonný zdroj terahertzových vln lze vytvořit i na ohebné podložce. Základem jsou kovové plátky vzdálené od sebe 20 nm. Možná výraz vzdálenost není v tomto případě na místě, protože oba povrchy jsou nepředstavitelně blízko. Do mezírky 20 nm bychom mohli za sebe narovnat 14 molekul vody a nic více! Zařízení se pochopitelně chová jinak, než klasický kondenzátor, přestože vlastně jde o extrémně malý kapacitor. Několik pikosekund dlouhý napěťový puls 10 až 100 V iniciuje v mezírce vznik plazmatu. Připojená anténa pak vyzařuje terahertzové vlny ve velkém.

„Tato nanotechnologie se na jedné straně vyznačuje extrémní jednoduchostí a nízkými náklady a na druhé straně vykazuje vynikající výkon. Kromě toho mohou být integrovány s jinými elektronickým zařízením, jako je např. tranzistor. Vzhledem k jedinečným vlastnostem může nanoplasma utvářet budoucnost v oblasti ultrarychlé elektroniky,“ soudí první autor publikace Mohammad Samizadeh Nikoo z lausannské EPFL.

Šéf projektu prof.Elison Matioly rovněž z EPFL k tomu doplňuje: „Vysokofrekvenční polovodičová zařízení jsou velmi malá. K průrazu vede již napětí několika voltů. Vysoce výkonná zařízení jsou příliš velká a pomalá na generování terahertzových vln. Naším řešením bylo oživit známou oblast fyziky plazmatu pomocí nejmodernějších technik výroby nanomateriálů a navrhnout nové zařízení, které by tato omezení obešlo.“

 
Odeslat komentář k článku "Terahertz přichází "



Opište text z obrázku:

Odeslat článek "Terahertz přichází " e-mailem

Diskuse/Aktualizace