Nowy sposób kontrolowania światła terahercowego dla szybszej elektroniki

8 września 2025 raport

autorstwa Paula Arnolda, Phys.org

autor współpracujący

redagowane przez Lisę Lock, sprawdzone przez Roberta Egana

redaktor naukowy

redaktor współpracujący

Ten artykuł został przejrzany zgodnie z procesem redakcyjnym i zasadami Science X. Redaktorzy podkreślili następujące cechy, zapewniając wiarygodność treści:

sprawdzona faktograficznie

publikacja z recenzjami innych specjalistów

zaufane źródło

skorygowany

W przełomie dla technologii następnej generacji, naukowcy nauczyli się precyzyjnie kontrolować zachowanie mikroskopijnych fal światła i elektronów, torując drogę do szybszej komunikacji i urządzeń kwantowych.

Kontrolowanie światła na najmniejszych skalach jest kluczowe dla tworzenia niesamowicie małych, szybkich i wydajnych urządzeń. Zamiast masywnych przewodów i obwodów, możemy używać światła do przesyłania informacji. Jednym z wyzwań tego podejścia jest to, że światło, ze względu na swoją stosunkowo dużą długość fali, nie jest łatwo zamknąć w małych przestrzeniach.

Jednakże, w badaniu opublikowanym w czasopiśmie Light: Science & Applications, badacze opracowali metodę kontrolowania mikroskopijnych fal światła i elektronów, nazywanych dipolarami plazmonowymi Diraca (DPPs).

W przeciwieństwie do standardowego światła, DPPs mogą wcisnąć się w mikroskopijne przestrzenie, które są setki razy mniejsze od ich naturalnej długości fali. Oznacza to, że światło można zamknąć i kierować w urządzeniach na skalę nanometryczną. W tej nowej pracy naukowcy zademonstrowali, jak kontrolowali DPPs w zakresie częstotliwości terahercowej (THz). Ta strefa znajduje się między mikrofalami a światłem podczerwonym w spektrum elektromagnetycznym i jest w dużej mierze niewykorzystaną częścią widma światła.

Zespół badawczy był w stanie kontrolować te fale, korzystając z specjalnej klasy nanomateriałów, zwanych izolatorami topologicznymi (TIs). TIs są wyjątkowe, ponieważ ich wnętrze zachowuje się jak izolator elektryczny, podczas gdy powierzchnia działa jako przewodnik. Konkretnie, badacze pracowali z zaawansowanym materiałem o nazwie epitaksjalny Bi2Se3. Ułożyli małe paski tego materiału obok siebie z przerwami między nimi. Dostosowanie tych przerw miało dwa istotne konsekwencje.

Po pierwsze, byli w stanie regulować lub kontrolować długość fali, skracając ją o około 20%. Po drugie, zwiększyli długość tłumienia o ponad 50%. Jest to odległość, jaką fale mogą przebyć, zanim stracą znaczną ilość energii. Osiągnięcia te rozwiązały główne wyzwania związane z używaniem DPPs (większym impulsem niż zwykły wiązką światła, i szybką utratą energii), co sprawia, że są one bardziej praktyczne w zastosowaniach praktycznych.

'Nasze wyniki pokazują, że możliwe jest dostosowanie odpowiedzi spektralnej rezonatorów THz opartych na Bi2Se3 przez dostosowywanie przerwy. Ta wiedza może być przyjęta jako strategia projektowania w celu wdrożenia architektur opartych na TI,' napisali badacze w swoim badaniu.

Ten przełom w kontroli fal światła może prowadzić do stworzenia regulowalnych i energooszczędnych urządzeń THz. Fale THz mogą przenosić więcej danych niż obecna sieć Wi-Fi czy 5G, co oznacza błyskawiczne pobieranie plików i bardziej bezpieczną sieć. Technologia ta mogłaby również zapewnić bardziej wyraźne, bezpieczniejsze obrazy medyczne i dostarczyć fundamenty dla bardziej potężnych komputerów kwantowych.

Napisany dla Ciebie przez autora Paula Arnolda, redagowany przez Lisę Lock, sprawdzony faktograficznie i przejrzany przez Roberta Egana—artykuł ten jest wynikiem staranności ludzkiej pracy. Polegamy na takich czytelnikach jak Ty, aby utrzymać niezależną działalność dziennikarstwa naukowego. Jeśli dla Ciebie to ma znaczenie, rozważ dokonanie darowizny (szczególnie regularnej). Otrzymasz bezreklamowe konto jako podziękowanie.

Więcej informacji: Leonardo Viti et al, Tracing terahertz plasmon polaritons with a tunable-by-design dispersion in topological insulator metaelements, Light: Science & Applications (2025). DOI: 10.1038/s41377-025-01884-0

Informacje o czasopiśmie: Light: Science & Applications

© 2025 Science X Network