Os pesquisadores desenvolveram um chip extremamente fino com um circuito fotônico integrado que poderia ser usado para explorar a chamada lacuna de terahertz – situada entre 0,3-30THz no espectro eletromagnético – para espectroscopia e geração de imagens.
Essa lacuna é atualmente uma espécie de zona morta tecnológica, descrevendo frequências que são muito rápidas para os dispositivos eletrônicos e de telecomunicações de hoje, mas muito lentas para aplicações ópticas e de imagem.
No entanto, o novo chip dos cientistas agora permite que eles produzam ondas terahertz com frequência, comprimento de onda, amplitude e fase personalizados.Esse controle preciso pode permitir que a radiação terahertz seja aproveitada para aplicações de próxima geração nos domínios eletrônico e óptico.
O trabalho, realizado entre EPFL, ETH Zurich e a Universidade de Harvard, foi publicado naNatureza Comunicações.
Cristina Benea-Chelmus, que liderou a pesquisa no Laboratório de Fotônica Híbrida (HYLAB) da Escola de Engenharia da EPFL, explicou que, embora as ondas de terahertz tenham sido produzidas em um ambiente de laboratório antes, as abordagens anteriores dependiam principalmente de cristais em massa para gerar o direito frequências.Em vez disso, o uso de seu laboratório do circuito fotônico, feito de niobato de lítio e finamente gravado em escala nanométrica por colaboradores da Universidade de Harvard, contribui para uma abordagem muito mais simplificada.O uso de um substrato de silício também torna o dispositivo adequado para integração em sistemas eletrônicos e ópticos.
“Gerar ondas em frequências muito altas é extremamente desafiador e existem pouquíssimas técnicas que podem gerá-las com padrões únicos”, explicou ela.“Agora somos capazes de projetar a forma temporal exata das ondas terahertz – para dizer essencialmente: 'Quero uma forma de onda que se pareça com esta'.”
Para conseguir isso, o laboratório de Benea-Chelmus projetou o arranjo de canais do chip, chamados guias de onda, de forma que antenas microscópicas pudessem ser usadas para transmitir ondas terahertz geradas pela luz de fibras ópticas.
“O fato de nosso aparelho já utilizar um sinal óptico padrão é realmente uma vantagem, pois significa que esses novos chips podem ser utilizados com lasers tradicionais, que funcionam muito bem e são muito bem compreendidos.Isso significa que nosso dispositivo é compatível com telecomunicações”, enfatizou Benea-Chelmus.Ela acrescentou que os dispositivos miniaturizados que enviam e recebem sinais na faixa de terahertz podem desempenhar um papel fundamental nos sistemas móveis de sexta geração (6G).
No mundo da óptica, a Benea-Chelmus vê um potencial particular para chips de niobato de lítio miniaturizados em espectroscopia e geração de imagens.Além de não ionizantes, as ondas terahertz têm energia muito menor do que muitos outros tipos de ondas (como raios-x) atualmente usadas para fornecer informações sobre a composição de um material – seja um osso ou uma pintura a óleo.Um dispositivo compacto e não destrutivo como o chip de niobato de lítio poderia, portanto, fornecer uma alternativa menos invasiva às técnicas espectrográficas atuais.
“Você pode imaginar enviar radiação terahertz através de um material de seu interesse e analisá-lo para medir a resposta do material, dependendo de sua estrutura molecular.Tudo isso a partir de um dispositivo menor que uma cabeça de fósforo”, disse ela.
Em seguida, a Benea-Chelmus planeja se concentrar em ajustar as propriedades das guias de onda e antenas do chip para projetar formas de onda com amplitudes maiores e frequências e taxas de decaimento mais afinadas.Ela também vê potencial para a tecnologia terahertz desenvolvida em seu laboratório ser útil para aplicações quânticas.
“Há muitas questões fundamentais a serem abordadas;por exemplo, estamos interessados em saber se podemos usar esses chips para gerar novos tipos de radiação quântica que podem ser manipulados em escalas de tempo extremamente curtas.Essas ondas na ciência quântica podem ser usadas para controlar objetos quânticos”, concluiu ela.
Horário de postagem: 14 de fevereiro de 2023