Gyorsabb és erősebb elektronika: A terahertzes fény irányításának új módszere átalakíthatja az elektronikát

A CNR Istituto Nanoscienze kutatói áttörést értek el, amikor új módszert mutattak be a fény és az elektronok viselkedésének pontos hangolására a terahertzes (THz) frekvenciatartományban - az elektromágneses spektrum eddig még kevéssé vizsgált részén. Ezt az eredményt a Light: Science and Applications című szakfolyóiratban ismertetett eredmények hangolható és energiatakarékos eszközöket eredményezhetnek az alkalmazások széles skáláján - a rendkívül gyors kommunikációtól a kvantumszámítógépekig.

Miközben a fényt információátvitelre lehet használni a nanoméretű eszközökben, a tudósok eddig azzal a kihívással szembesültek, hogy a fényt viszonylag nagy hullámhossza miatt a nanoméretben korlátozni és irányítani kell. Ez az új kutatás a Dirac-plazmon-polaritonoknak (DPP) nevezett hibrid hullámokra összpontosított, amelyek a természetes hullámhosszuknál több százszor kisebb térbe szoríthatók.

Ennek eléréséhez a kutatók az anyagok egy speciális osztályát, az úgynevezett topológiai szigetelőket alakították ki. Apró, oldalirányban összekapcsolt csíkokat (metaelemeket) hoztak létre egy fejlett anyagból, az epitaxiális _Bi2Se3-ból. Az e csíkok közötti mikroszkopikus rések pontos beállításával a kutatócsoport képes volt manipulálni a THz-hullámok hullámhosszát.

A vizsgálatok két pozitív eredményt hoztak. A csapat sikeresen 20%-kal lerövidítette a hullámhosszt, ugyanakkor a hullámok mintegy 50%-kal nagyobb távolságot tettek meg, mielőtt kritikus mennyiségű energiát veszítettek volna. Ez a két eredmény megoldja azokat a fő kihívásokat, amelyek eddig akadályozták a DPP-k valós alkalmazásokban való alkalmazását.

A THz-fény ilyen szintű irányítása lehetővé teheti olyan eszközök kifejlesztését, amelyek a mai eszközöknél nagyobb sebességgel képesek adatokat továbbítani. Emellett új korszakot nyithat meg a kvantumszámítástechnika, az orvosi képalkotás és a fotonika területén.