DESY acceleratoranläggningen i Hamburg, Tyskland, fortsätter i miles för att vara värd för en partikel som gör kilometerlånga varv med nästan ljusets hastighet. Nu har forskare krympt en sådan anläggning till storleken på ett datorchip.

Ett team från University of Michigan i samarbete med Purdue University skapade en ny enhet som fortfarande rymmer hastighet längs cirkulära banor, men för att producera lägre ljusfrekvenser i terahertz -applikationsområdet, till exempel att identifiera förfalskade dollarräkningar eller skilja mellan cancerös och frisk vävnad.

"För att få ljuset att kurva, du måste skulptera varje del av ljusstrålen till en viss intensitet och fas, och nu kan vi göra detta på ett extremt kirurgiskt sätt, "sa Roberto Merlin, University of Michigan's Peter A. Franken Collegiate Professor of Physics.

Arbetet publiceras i tidskriften Vetenskap . I sista hand, den här enheten kan bekvämt anpassas för ett datorchip.

"Ju fler terahertz -källor vi har, desto bättre. Denna nya källa är också exceptionellt effektivare, än mindre att det är ett massivt system skapat i millimeterskala, "sade Vlad Shalaev, Purdues Bob och Anne Burnett Framstående professor i el- och datateknik.

Enheten som forskare från Michigan och Purdue byggde genererar så kallad "synkrotron"-strålning, som är elektromagnetisk energi som avges av laddade partiklar, såsom elektroner och joner, som rör sig nära ljusets hastighet när magnetfält böjer deras vägar.

Flera anläggningar runt om i världen, som DESY, generera synkrotronstrålning för att studera ett brett spektrum av problem, från biologi till materialvetenskap.

Men tidigare ansträngningar att böja ljus för att följa en cirkulär väg har kommit i form av linser eller rumsliga ljusmodulatorer som är för skrymmande för on-chip-teknik.

Ett team som leds av Merlin och Meredith Henstridge, nu postdoktor vid Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter, ersatte dessa skrymmande former med cirka 10 miljoner små antenner tryckta på en litiumtantalitkristall, kallas en "metasurface, " designad av Michigan-teamet av Anthony Grbic och byggd av Purdue-forskare.

Forskarna använde en laser för att producera en puls av synligt ljus som varar i en biljonedel av en sekund. Mängden antenner får ljuspulsen att accelerera längs en krökt bana inuti kristallen.

Istället för att en laddad partikel spiralerar i flera kilometer i rad, ljuspulsen förskjutna elektroner från deras jämviktslägen för att skapa "dipolmoment". Dessa dipolmoment accelererade längs ljuspulsens böjda bana, vilket resulterar i att synkrotronstrålning avges mycket mer effektivt vid terahertz -intervallet.

"Det här byggs inte för ett datorchip än, men detta arbete visar att synkrotronstrålning så småningom kan hjälpa till att utveckla terahertz-källor på chip, Sa Shalaev.