Физики вырабатывают впервые-ультракороткие терагерцовые сигналы

Импульсы фемтосекундной длины от лазера накачки (слева) генерируют импульсные электрические импульсы на кристалле в терагерцовом диапазоне частот. С помощью правильного лазера информация снова считывается. Image credit: Christoph Hohmann / NIM, Holleitner / TUM.

Впервые группа исследователей во главе с Александром Холлетнером и Рейнхардом Киенбергером, физиками TUM успешно добилась ультракоротких электрических импульсов на чипе с помощью металлических антенн с размером только несколько нанометров, а затем передавая сигналы на несколько миллиметров над поверхностью и контролируя их снова. Технология открывает двери для разработки инновационных, надежных терагерцовых компонентов.

Частоты до 100 ГГц допускаются классической электроникой. В области оптоэлектроники используются электромагнитные явления, начиная с 10 ТГц. Диапазон, который находится между ними, известен как терагерцовый зазор, потому что компоненты для генерации, преобразования и обнаружения сигналов были очень сложными для реализации.

Физикам TUM Александру Холлейтнеру и Рейнхарду Киенбергеру удалось создать электрические импульсы в диапазоне частот до 10 ТГц с помощью крошечных, так называемых плазмонных антенн и передать их по кристаллу. Исследователи называют антенны плазмоническими, если благодаря своей форме они усиливают интенсивность света на металлических поверхностях.

Форма антенн имеет решающее значение. Они асимметричны; одна сторона металлических структур нанометрового размера более узкая по сравнению с другой стороной. При возбуждении лазерным импульсом, сфокусированным на объективе, антенны излучают больше электронов на их остроконечной стороне по сравнению с противоположными плоскими сторонами. Между контактами существует поток электрического тока только до тех пор, пока антенны возбуждаются с помощью лазерного излучения.

В фотоэмиссии световой импульс заставляет электроны выбрасываться из металла в вакуум. Все световые эффекты сильнее на острой стороне, включая фотоэмиссию, которую мы используем для генерации небольшого количества тока . »

Кристоф Карнетцкий, ведущий автор

Структура особенно интригует, поскольку можно интегрировать наноантенны в терагерцовые схемы с размером всего в несколько миллиметров.

Карнетцкий заявил, что фемтосекундный лазерный импульс с частотой 200 ТГц может производить ультракороткий терагерцовый сигнал с частотой около 10 ТГц в схемах на чипе

Сапфир использовался в качестве материала чипа исследователями, поскольку он не мог быть стимулирован оптически и, следовательно, не приводил к помехам. Наблюдая за будущими приложениями, исследователи использовали 1,5-миллиметровые лазеры с длиной волны, развернутые в обычных волоконно-оптических кабелях.

Холлетнер и его команда случайно столкнулись с еще одним невероятным открытием: они обнаружили, что терагерцовые импульсы и электрические импульсы зависели нелинейно от мощности возбуждения используемого лазера.

Это показывает, что фотоэмиссия в антеннах активируется поглощением нескольких фотонов для каждого светового импульса.

« Такие быстрые, нелинейные импульсы на кристалле не существовали до сих пор », – заявил Александр Холлейнер. Он надеется, что этот эффект может быть использован для обнаружения более быстрых эффектов эмиссии туннелей в антеннах, которые могут быть использованы для применений микросхем.

Source link