2020-03-26 05:45:01
产生大功率太赫兹波的纳米级设备

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太赫兹(THz)波落入电磁频谱中的微波和红外辐射之间,并以每秒1000亿至30万亿个周期的频率振荡。这些波浪因其独特的性能而备受推崇:它们可以穿透纸张,衣服,木头和墙壁,并检测空气污染。太赫兹源可以彻底改变安全和医学成像系统。此外,它们具有承载大量数据的能力,可能成为加快无线通信速度的关键。

太赫兹波是一种非电离辐射,这意味着它们不会对人体健康构成威胁。该技术已在某些机场中用于扫描旅客并检测危险物体和物质。

尽管具有广阔的前景,太赫兹波并未广泛使用,因为它们昂贵且产生麻烦。但是,EPFL研究人员开发的新技术可能会改变所有这一切。由Elison Matioli教授领导的功率和宽带隙电子研究实验室(POWERlab)的团队构建了一种纳米设备,该设备可以在几皮秒或一万亿分之一秒的时间内产生极高的功率信号。产生高功率的太赫兹波。

该技术可以安装在芯片或柔性介质上,有一天可以安装在智能手机和其他手持设备中。这项工作是由Mohammad Samizadeh Nikoo博士首次撰写的。 POWERlab的学生,已发表在《自然》杂志上。

怎么运行的

紧凑,便宜,全电的纳米器件几乎立即就可以从微小的源头产生高强度的波。它通过产生强大的“火花”来工作,其电压在一个皮秒的范围内从10 V(或更低)到100 V峰值。该设备能够几乎连续产生这种火花,这意味着它每秒可以发出多达5000万个信号。连接到天线后,系统可以产生并辐射大功率太赫兹波。

该设备由两块非常靠近的金属板组成,相距20纳米。施加电压后,电子会朝其中一个板涌动,在此形成纳米等离子体。一旦电压达到某个阈值,电子几乎立即发射到第二个极板。通过这种快速开关实现的这种快速移动产生了产生高频波的高强度脉冲。

常规的电子设备只能以最高每皮秒1伏的速度进行切换-太慢而无法产生大功率太赫兹波。

新的纳米器件的速度可以提高十倍以上,可以同时产生高能脉冲和高频脉冲。 “通常,两个变量都无法达到很高的值,” Matioli说。 “高频半导体器件的尺寸为纳米级。它们只能承受几伏特的电压才能爆发。与此同时,大功率器件又太大又太慢,无法产生太赫兹波。我们的解决方案是重新研究等离子体的旧领域借助最新的纳米级制造技术,提出了一种克服这些限制的新设备。”

根据Matioli的说法,新设备将所有变量推到了极致:“高频,高功率和纳米级不是您通常在同一句话中听到的术语。”

“这些纳米器件一方面带来了极高的简便性和低成本,另一方面却表现出了出色的性能。此外,它们还可以与晶体管等其他电子器件集成。考虑到这些独特的特性,纳米等离子体可以为超快电子领域塑造一个不同的未来。” Samizadeh说。

除了产生太赫兹波,该技术还可以广泛应用。 Matioli补充说:“我们非常肯定还会有更多创新应用程序。”

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