`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Леонид Бараш

Новый передатчик для терагерцевых волн

+11
голос

Терагерцевые волны становятся все более важными в науке и технике. Они позволяют обнаруживать свойства будущих материалов, проверять качество автомобильных красок и осуществлять скрининг конвертов. Но генерирование этих волн все еще является проблемой.

Команда в Центре Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR), Технический университет Дрездена и Университет Констанцы в настоящее время добились значительных успехов. Исследователи разработали германиевый компонент, который генерирует короткие терагерцевые импульсы с преимущественным свойством: импульсы имеют экстремальный широкополосный спектр и, следовательно, выдают много разных терагерцевых частот одновременно. Поскольку стало возможным производство компонентов с использованием методов, уже освоенных полупроводниковой промышленностью, разработка обещает широкий спектр применений в области исследований и технологий.

Терагерцевые волны, как и свет, относятся к категории электромагнитного излучения. В спектре они попадают прямо между микроволнами и инфракрасным излучением. Но в то время как микроволны и инфракрасное излучение давно вошли в нашу повседневную жизнь, терагерцевые волны только начинают использоваться. Причина в том, что специалисты смогли построить разумно приемлемые источники для терагерцевых волн только с начала 2000-х годов. Но эти передатчики все еще не совершенны - они относительно большие и дорогие, а излучение, которое они генерируют, не всегда обладает желаемыми свойствами.

Один из установленных методов генерации основан на кристалле арсенида галлия. Если этот полупроводниковый кристалл облучать короткими лазерными импульсами, образуются носители арсенид-галлия. Эти заряды ускоряются путем подачи напряжения, которое обеспечивает генерацию терагерцевой волны - в основном того же механизма, что и в антенне передатчика ОВЧ, где движущиеся заряды создают радиоволны.

Однако этот метод имеет ряд недостатков: «Он может работать только с относительно дорогими специальными лазерами», - объясняет физик из HZDR доктор Харальд Шнайдер (Harald Schneider). - Со стандартными лазерами того типа, который мы используем для оптоволоконной связи, это не работает».

Другим недостатком является то, что кристаллы арсенида галлия генерируют только относительно узкополосные терагерцевые импульсы и, таким образом, ограниченный частотный диапазон, что значительно сужает область применения.

Вот почему д-р Шнайдер и его команда делают ставку на другой материал - полупроводниковый германий. «С германием мы можем использовать менее дорогие лазеры, известные как волоконные лазеры, - говорит д-р Шнайдер. - Кроме того, кристаллы германия очень прозрачны и, таким образом, способствуют излучению очень широкополосных импульсов». Но до сих пор у них была проблема: если вы облучаете чистый германий коротким лазерным импульсом, требуется несколько микросекунд, прежде чем исчезнет электрический заряд в полупроводнике. Только тогда кристалл сможет поглотить следующий лазерный импульс. Современные лазеры, однако, могут запускать свои импульсы с интервалами в несколько десятков наносекунд - последовательность выстрелов слишком быстрая для германия.

Чтобы преодолеть эту трудность, эксперты искали способ заставить электрические заряды в германии исчезать быстрее. И они нашли ответ в выдающемся драгоценном металле - золоте. «Мы использовали ускоритель ионов, чтобы стрелять атомами золота в кристалл германия, - объясняет коллега Шнайдера доктор Абхишек Сингх (Abhishek Singh). - Золото проникло в кристалл на глубину 100 нанометров». Затем ученые нагревали кристалл в течение нескольких часов при температуре 900 градусов по Цельсию. Термическая обработка обеспечила равномерное распределение атомов золота в кристалле германия.

Успех пришел, когда команда осветила «поперченный» золотом германий ультракороткими лазерными импульсами: носители электрического заряда исчезали в течение двух наносекунд - примерно в тысячу раз быстрее, чем раньше. Образно говоря, золото работает как ловушка, помогая поймать и нейтрализовать заряды. «Теперь кристалл германия может подвергаться бомбардировке лазерными импульсами с высокой частотой повторения и все еще функционировать», - сообщил Сингх.

Новый метод позволяет получать импульсы терагерцевого диапазона с чрезвычайно широкой полосой пропускания: вместо 7 терагерц, использующих установленную технику арсенида галлия, теперь она в десять раз больше - 70 терагерц. Другое преимущество состоит в том, что компоненты германия эффективно могут обрабатываться по той же технологии, что и микрочипы.

Это должно превратить легированный золотом германий в интересный вариант не только для научных применений, таких как детальный анализ инновационных двумерных материалов, к примеру, графена, но также для применений в медицине и экологичых технологиях.

Новый передатчик для терагерцевых волн


Вы можете подписаться на наш Telegram-канал для получения наиболее интересной информации

+11
голос

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT