Bärbara handhållna sensorer för att upptäcka sprängämnen, bärbara sensorer som kan upptäcka kemiska medel, kompakta enheter för snabb och exakt identifiering av defekter i datorchips samt avancerade, icke-invasiva bildtekniker som kan upptäcka små tumörer kan bli verklighet tidigare än väntat eftersom forskare runt om i världen aktivt studerar nya sätt att utnyttja terahertz (THz) teknik. Att ge ett stort lyft till denna globala forskningsinsats är ett stort tekniskt genombrott inom terahertz -tekniken som uppnåtts av forskare från National University of Singapore (NUS).

Leds av docent Yang Hyunsoo och Dr Wu Yang från Institutionen för el- och datateknik vid NUS -fakulteten för teknik och NUS Nanovetenskap och Nanoteknologi, forskargruppen har framgångsrikt utvecklat högpresterande och lågeffektdrivna THz-sändare som kan massproduceras till låg kostnad, hantera en kritisk utmaning för industriell tillämpning av THz -teknik. Dessa THz -sändare, som används för generering av THz -vågor, kan också fungera på flexibla ytor utan att kompromissa med prestandan.

Forskargruppen publicerade resultaten av sin studie i den vetenskapliga tidskriften Avancerade material den 25 januari 2017. Denna uppfinning uppnåddes i samarbete med forskare från Institute of Materials Research and Engineering under Singapores Agency for Science, Teknik och forskning, samt Tongji University i Kina.

"Vår uppfinning är ett stort steg framåt inom THz -tekniken och vi tror att detta kommer att påskynda dess tillämpning kraftigt på olika områden. Till exempel, inom området säkerhetsövervakning, vår uppfinning kan bidra till miniatyrisering av skrymmande THz-system som ska användas vid upptäckt av farliga kemikalier och explosiva ämnen för skydd mot fientliga hot. Prisvärda och högpresterande THz -screeningsanordningar kan också förbättra sjukdomsdiagnos och gynna patienter. Vidare, tillverkning av vår enhet på en flexibel yta öppnar också upp många spännande möjligheter för den att integreras i bärbara enheter, "förklarade Assoc Prof Yang.

Gör vågor i terahertz

THz-vågor har väckt stor uppmärksamhet under de senaste två decennierna eftersom de har lovande tillämpningar inom ett brett spektrum av områden från medicin, övervakning av datorer och kommunikation. THz vågor, som har våglängder från tiotals mikron till några millimeter, upptar utrymmet mellan mikrovågor och infraröda ljusvågor i det elektromagnetiska spektrumet.

Att vara icke-joniserande såväl som icke-destruktiv, THz-vågor kan passera genom icke-ledande material som kläder, papper, trä och tegel, vilket gör dem idealiska för tillämpningar inom områden som cancerdiagnos, upptäckt av kemikalier, droger och sprängämnen, beläggningsanalys och kvalitetskontroll av integrerade kretschips. Dock, nuvarande THz-källor är stora, flerkomponentsystem som är tunga och dyra. Sådana system är också svåra att transportera, fungera, och underhålla.

Därav, den flexibla, billiga THz-strålningskällor som utvecklats av forskargruppen möjligen banar väg för större användning av THz-teknik och bidrar till kommersialisering av ett brett spektrum av THz-applikationer.

Låg kostnad, flexibla och lågeffektdrivna THz-sändare

"Traditionella metoder för att generera THz -vågor, såsom genom spänningen av elektro-optiska kristaller eller fotokonduktiva antenner, kräver ofta dyra och skrymmande högeffektlasrar eller extremt dyra och sofistikerade tillverkningsprocesser för enheter. Vårt teams THz -sändare har visat bättre prestanda jämfört med befintliga enheter i många aspekter. På samma gång, vi har också utvecklat en tillverkningsprocess för att producera dessa nya THz-sändare i stora kvantiteter till en låg kostnad, "sa Dr Wu, som är den första författaren till studien.

Utvecklad med hjälp av metalliska tunnfilms heterostrukturer som är 12-nanometer tjocka, de nya strålningskällorna avger bredbands THz-vågor med högre effekt än en standard 500 mikrometer tjock styv, elektro-optisk kristallemitter. Dessutom, de nya sändarna kan drivas av en lågeffektslaser, vilket sänker driftskostnaden avsevärt.

Forskargruppen tog också fram en roman, låg kostnad tillverkningsteknik för att producera utsläppen. En stor wafer-skala kan deponeras och sedan täras till en stor mängd färdiga enheter, vilket gör denna produktionsmetod kommersiellt skalbar. Forskargruppen testade också sin enhet på flexibla ytor och fann att dess prestanda inte äventyrades trots att den utsattes för en stor böjningskrökning.

Går vidare, laget planerar att bygga ett kompakt spektroskopisystem med THz -teknik baserat på dess avancerade THz -sändare. Forskarna tittar också på att förbättra THz -utsläpp för specifika våglängder, vilket kommer att vara fördelaktigt för ett brett spektrum av THz-relaterade studier och applikationer. Forskargruppen har lämnat patent på uppfinningen och hoppas kunna arbeta med branschpartner för att ytterligare utforska olika tillämpningar av denna nya teknik.