Ett team som leds av TUM -fysikerna Alexander Holleitner och Reinhard Kienberger har för första gången lyckats generera ultrakorte elektriska pulser på ett chip med hjälp av metallantenner som bara är några nanometer stora, sedan köra signalerna några millimeter över ytan och läsa dem på ett kontrollerat sätt igen. Tekniken möjliggör utveckling av nya, kraftfulla terahertz -komponenter.

Klassisk elektronik tillåter frekvenser upp till cirka 100 gigahertz. Optoelektronik använder elektromagnetiska fenomen som börjar vid 10 terahertz. Detta intervall däremellan kallas terahertz -gapet, eftersom komponenter för signalgenerering, konvertering och detektion har varit extremt svåra att genomföra.

TUM -fysikerna Alexander Holleitner och Reinhard Kienberger lyckades generera elektriska pulser i frekvensområdet upp till 10 terahertz med små, så kallade plasmoniska antenner och köra dem över ett chip. Forskare kallar antenner för plasmoniska om deras form förstärker ljusintensiteten vid metallytorna.

Den asymmetriska formen på antennerna är viktig. Ena sidan av metallkonstruktionerna i nanometerstorlek är mer spetsig än den andra. När en linsfokuserad laserpuls exciterar antennerna, de avger fler elektroner på sin spetsiga sida än på de motsatta platta. En elektrisk ström flödar mellan kontakterna - men bara så länge antennerna är spända med laserljuset.

"Vid fotoemission, ljuspulsen gör att elektroner avges från metallen till vakuumet, "förklarar Christoph Karnetzky, huvudförfattare till Natur studie. "Alla ljudeffekter är starkare på den vassa sidan, inklusive fotoemission som vi använder för att generera en liten mängd ström. "

Ljuspulserna varade bara några femtosekunder. De elektriska pulserna i antennerna var på motsvarande sätt korta. Tekniskt, strukturen är intressant eftersom nano-antennerna kan integreras i terahertz-kretsar bara flera millimeter över. På det här sättet, en femtosekund laserpuls med en frekvens på 200 terahertz kan generera en ultrakort terahertz-signal med en frekvens på upp till 10 terahertz i kretsarna på chipet, enligt Karnetzky.

Forskarna använde safir som spånmaterial eftersom det inte kan stimuleras optiskt och, orsakar därför ingen störning. Med ett öga på framtida applikationer, de använde 1,5-mikron våglängdslasrar utplacerade i traditionella internetfiberoptiska kablar.

Holleitner och hans kollegor gjorde ännu en fantastisk upptäckt:Både de elektriska och terahertz-pulserna var olinjärt beroende av laserns excitationskraft. Detta indikerar att fotoemissionen i antennerna utlöses av absorptionen av flera fotoner per ljuspuls.

"Så snabbt, olinjära on-chip-pulser existerade inte hittills, "säger Alexander Holleitner. Med hjälp av denna effekt hoppas han kunna upptäcka ännu snabbare tunnelemissionseffekter i antennerna och använda dem för chipapplikationer.