ఇంటిగ్రేటెడ్ ఫోటోనిక్ సర్క్యూట్‌లను ఉపయోగించే చిప్స్ 'టెరాహెర్ట్జ్ గ్యాప్'ను మూసివేయడంలో సహాయపడతాయి

స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు ఇమేజింగ్ కోసం విద్యుదయస్కాంత వర్ణపటంలో 0.3-30THz మధ్య ఉన్న టెరాహెర్ట్జ్ అంతరాన్ని ఉపయోగించుకోవడానికి ఉపయోగించే ఇంటిగ్రేటెడ్ ఫోటోనిక్ సర్క్యూట్‌తో కూడిన చాలా సన్నని చిప్‌ను పరిశోధకులు అభివృద్ధి చేశారు.

ఈ అంతరం ప్రస్తుతం సాంకేతికంగా డెడ్ జోన్ లాగా ఉంది, నేటి ఎలక్ట్రానిక్స్ మరియు టెలికమ్యూనికేషన్ పరికరాలకు చాలా వేగంగా ఉండే, కానీ ఆప్టిక్స్ మరియు ఇమేజింగ్ అప్లికేషన్లకు చాలా నెమ్మదిగా ఉండే ఫ్రీక్వెన్సీలను ఇది వివరిస్తుంది.

అయితే, శాస్త్రవేత్తల కొత్త చిప్ ఇప్పుడు వారికి అనుకూలమైన ఫ్రీక్వెన్సీ, తరంగదైర్ఘ్యం, వ్యాప్తి మరియు దశలతో టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. ఇటువంటి ఖచ్చితమైన నియంత్రణ ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఆప్టికల్ రంగాలలో తదుపరి తరం అనువర్తనాల కోసం టెరాహెర్ట్జ్ రేడియేషన్‌ను ఉపయోగించుకునేలా చేస్తుంది.

EPFL, ETH జ్యూరిచ్ మరియు హార్వర్డ్ విశ్వవిద్యాలయం మధ్య నిర్వహించిన ఈ పని,నేచర్ కమ్యూనికేషన్స్.

EPFL స్కూల్ ఆఫ్ ఇంజనీరింగ్‌లోని లాబొరేటరీ ఆఫ్ హైబ్రిడ్ ఫోటోనిక్స్ (HYLAB)లో పరిశోధనకు నాయకత్వం వహించిన క్రిస్టినా బెనియా-చెల్మస్, టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలను గతంలో ప్రయోగశాల సెట్టింగ్‌లో ఉత్పత్తి చేసినప్పటికీ, మునుపటి విధానాలు సరైన పౌనఃపున్యాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి ప్రధానంగా బల్క్ స్ఫటికాలపై ఆధారపడి ఉన్నాయని వివరించారు. బదులుగా, లిథియం నియోబేట్‌తో తయారు చేయబడిన మరియు హార్వర్డ్ విశ్వవిద్యాలయంలోని సహకారులు నానోమీటర్ స్కేల్‌లో చక్కగా చెక్కబడిన ఫోటోనిక్ సర్క్యూట్‌ను ఆమె ప్రయోగశాల ఉపయోగించడం మరింత క్రమబద్ధీకరించిన విధానాన్ని అందిస్తుంది. సిలికాన్ సబ్‌స్ట్రేట్ వాడకం పరికరాన్ని ఎలక్ట్రానిక్ మరియు ఆప్టికల్ సిస్టమ్‌లలో ఏకీకరణకు అనుకూలంగా చేస్తుంది.

"చాలా ఎక్కువ పౌనఃపున్యాల వద్ద తరంగాలను ఉత్పత్తి చేయడం చాలా సవాలుతో కూడుకున్నది, మరియు ప్రత్యేకమైన నమూనాలతో వాటిని ఉత్పత్తి చేయగల పద్ధతులు చాలా తక్కువ" అని ఆమె వివరించింది. "టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాల యొక్క ఖచ్చితమైన తాత్కాలిక ఆకారాన్ని ఇప్పుడు మనం రూపొందించగలుగుతున్నాము - ముఖ్యంగా చెప్పాలంటే, 'నాకు ఇలా కనిపించే తరంగ రూపం కావాలి.'"

దీనిని సాధించడానికి, బెనియా-చెల్మస్ ల్యాబ్, ఆప్టికల్ ఫైబర్స్ నుండి కాంతి ద్వారా ఉత్పన్నమయ్యే టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలను ప్రసారం చేయడానికి మైక్రోస్కోపిక్ యాంటెన్నాలను ఉపయోగించగల విధంగా, వేవ్‌గైడ్‌లు అని పిలువబడే ఛానెల్‌ల చిప్ అమరికను రూపొందించింది.

"మా పరికరం ఇప్పటికే ప్రామాణిక ఆప్టికల్ సిగ్నల్‌ను ఉపయోగిస్తుందనే వాస్తవం నిజంగా ఒక ప్రయోజనం, ఎందుకంటే ఈ కొత్త చిప్‌లను సాంప్రదాయ లేజర్‌లతో ఉపయోగించవచ్చు, ఇవి చాలా బాగా పనిచేస్తాయి మరియు బాగా అర్థం చేసుకోబడతాయి. దీని అర్థం మా పరికరం టెలికమ్యూనికేషన్స్-అనుకూలమైనది," అని బెనియా-చెల్మస్ నొక్కిచెప్పారు. టెరాహెర్ట్జ్ పరిధిలో సిగ్నల్‌లను పంపే మరియు స్వీకరించే సూక్ష్మీకరించిన పరికరాలు ఆరవ తరం మొబైల్ సిస్టమ్‌లలో (6G) కీలక పాత్ర పోషిస్తాయని ఆమె జోడించారు.

ఆప్టిక్స్ ప్రపంచంలో, స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు ఇమేజింగ్‌లో సూక్ష్మీకరించిన లిథియం నియోబేట్ చిప్‌లకు బెనియా-చెల్మస్ ప్రత్యేక సామర్థ్యాన్ని చూస్తుంది. టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలు అయోనైజింగ్ కానివిగా ఉండటంతో పాటు, ఎముక లేదా ఆయిల్ పెయింటింగ్ అయినా - పదార్థం యొక్క కూర్పు గురించి సమాచారాన్ని అందించడానికి ప్రస్తుతం ఉపయోగించే అనేక ఇతర రకాల తరంగాల (ఎక్స్-కిరణాలు వంటివి) కంటే చాలా తక్కువ శక్తి కలిగి ఉంటాయి. లిథియం నియోబేట్ చిప్ వంటి కాంపాక్ట్, నాన్-డిస్ట్రక్టివ్ పరికరం ప్రస్తుత స్పెక్ట్రోగ్రాఫిక్ పద్ధతులకు తక్కువ ఇన్వాసివ్ ప్రత్యామ్నాయాన్ని అందిస్తుంది.

"మీకు ఆసక్తి ఉన్న పదార్థం ద్వారా టెరాహెర్ట్జ్ రేడియేషన్‌ను పంపడం మరియు దాని పరమాణు నిర్మాణాన్ని బట్టి పదార్థం యొక్క ప్రతిస్పందనను కొలవడానికి దానిని విశ్లేషించడం మీరు ఊహించవచ్చు. ఇదంతా అగ్గిపుల్ల తల కంటే చిన్న పరికరం నుండి," ఆమె చెప్పింది.

తరువాత, బెనియా-చెల్మస్ చిప్ యొక్క వేవ్‌గైడ్‌లు మరియు యాంటెన్నాల లక్షణాలను ఎక్కువ యాంప్లిట్యూడ్‌లు మరియు మరింత చక్కగా ట్యూన్ చేయబడిన ఫ్రీక్వెన్సీలు మరియు క్షయం రేట్లతో వేవ్‌ఫారమ్‌లను ఇంజనీర్ చేయడానికి సర్దుబాటు చేయడంపై దృష్టి పెట్టాలని యోచిస్తోంది. ఆమె ప్రయోగశాలలో అభివృద్ధి చేయబడిన టెరాహెర్ట్జ్ టెక్నాలజీ క్వాంటం అనువర్తనాలకు ఉపయోగకరంగా ఉండే సామర్థ్యాన్ని కూడా ఆమె చూస్తుంది.

"ఇక్కడ అనేక ప్రాథమిక ప్రశ్నలు ఉన్నాయి; ఉదాహరణకు, చాలా తక్కువ సమయ ప్రమాణాలలో మార్చగల కొత్త రకాల క్వాంటం రేడియేషన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి అటువంటి చిప్‌లను ఉపయోగించవచ్చా అనే దానిపై మాకు ఆసక్తి ఉంది. క్వాంటం సైన్స్‌లోని ఇటువంటి తరంగాలను క్వాంటం వస్తువులను నియంత్రించడానికి ఉపయోగించవచ్చు" అని ఆమె ముగించింది.