Snabbare och kraftfullare elektronik: Ny metod för att styra terahertzljus kan förändra elektroniken

I ett genombrott har forskare vid CNR Istituto Nanoscienze demonstrerat ett nytt sätt att exakt ställa in beteendet hos ljus och elektroner i terahertz (THz)-frekvensområdet - en outforskad del av det elektromagnetiska spektrumet. Denna prestation, som beskrivs i tidskriften Light: Science and Applications, kan leda till avstämbara och energieffektiva enheter för ett brett spektrum av tillämpningar - från ultrasnabb kommunikation till kvantdatorer.

Även om ljus kan användas för att överföra information i enheter på nanonivå har forskarna ställts inför utmaningen att begränsa och styra ljus på nanonivå på grund av dess relativt stora våglängd. Den nya forskningen fokuserade på hybridvågor som kallas Dirac plasmon polaritons (DPPs), som kan pressas in i utrymmen som är hundratals gånger mindre än deras naturliga våglängd.

För att uppnå detta konstruerade forskarna en speciell klass av material som kallas topologiska isolatorer. De skapade små, lateralt kopplade remsor (metaelement) från ett avancerat material som kallas epitaxial _Bi2Se3. Genom att exakt justera de mikroskopiska mellanrummen mellan dessa remsor kunde forskargruppen manipulera våglängden hos THz-vågorna.

Studierna gav två positiva resultat. Teamet lyckades förkorta våglängden med 20% och samtidigt täckte vågorna cirka 50% mer avstånd innan de förlorade en kritisk mängd energi. Dessa två resultat löser de största utmaningarna som har hindrat införandet av DPP:er i verkliga tillämpningar.

Den här nivån av kontroll över THz-ljuset skulle kunna möjliggöra utveckling av enheter som kan överföra data i högre hastigheter än vad som är möjligt med dagens enheter. Det skulle också kunna öppna dörren till en ny era inom kvantdatorer, medicinsk bildbehandling och fotonik.