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超薄太赫兹源为下一代通信技术铺平道路

苏塞克斯大学的物理学家开发了一种极薄的大面积太赫兹半导体表面源,仅由几个原子层组成,与现有的电子平台兼容。

太赫兹光源发出短暂的光脉冲,每秒振荡数万亿次。在这种规模下,它们的速度太快,无法由标准电子设备处理,而且直到最近,它们还太慢而无法由光学技术处理。这对于发展超过 300GHz 极限的超高速通信设备(例如 6G 手机技术所需的)具有重要意义,这仍然从根本上超出了当前电子设备的极限。苏塞克斯大学新兴光子学 (EPic) 实验室的研究人员是表面太赫兹发射技术的领导者,他们实现了迄今为止展示的最亮和最薄的表面半导体源。他们新开发的太赫兹半导体源的发射区域比之前实现的要薄 10 倍,具有可比甚至更好的性能。

薄层可以放置在现有物体和设备的顶部——太赫兹源可以放置在原本无法想象的地方,包括茶壶等日常物品,甚至是艺术品——这为抗干扰技术开辟了巨大的潜力。假冒和物联网——以及以前不兼容的电子产品,例如下一代手机。

苏塞克斯大学欧洲研究委员会 TIMING 项目研究员 Luke Peters 博士说:“将太赫兹源放置在人迹罕至的地方的想法具有很大的科学吸引力,但在实践中非常具有挑战性。太赫兹辐射可以在材料科学、生命科学和安全领域发挥最重要的作用。尽管如此,它对于大多数现有技术仍然是陌生的,包括与日常物品对话的设备,作为快速扩展的物联网的一部分。这一结果是我们将太赫兹功能更贴近我们日常生活的道路上的一个里程碑。”

太赫兹波位于电磁波谱中的微波和红外线之间,是一种在研究和工业中备受追捧的辐射形式。它们有一种天生的能力,可以像 X 射线一样轻松穿透纸、衣服和塑料等常见材料,但不会造成伤害。太赫兹成像可以“看到”物体的分子组成并区分不同的材料。之前的发展已经展示了太赫兹相机的潜在应用,这可能会在机场安检和医疗扫描仪(例如用于检测皮肤癌的扫描仪)中发生变革。

从事太赫兹技术工作的科学家面临的最大挑战之一是,与灯泡等相比,通常被认为是“强太赫兹光源”的东西既微弱又笨重。在许多情况下,对非常奇特的材料(例如非线性晶体)的需求使它们变得笨重且昂贵。这一要求对与传感器和超快通信等其他技术的集成提出了后勤挑战。

苏塞克斯团队通过使用极薄材料(约 25 个原子层)开发太赫兹源克服了这些限制。通过用两种不同类型的激光照射电子级半导体,每种激光都以不同的频率或颜色振荡,它们能够引发短脉冲太赫兹辐射的发射。

自 2000 年代初首次展示基于双色激光的太赫兹光源以来,该领域的科学家们一直在寻求这一科学突破。基于特殊气体混合物(例如氮气、氩气或氪气)的双色太赫兹光源是当今性能最好的光源之一。对于这种太赫兹产生机制,在电子技术中广泛使用的半导体大多仍然遥不可及。


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