En halvledarenhet som är lovande för att både generera och detektera terahertzstrålning har demonstrerats av fysiker på RIKEN. Detta kan hjälpa utvecklingen av högpresterande integrerade lösningar för terahertz-avbildnings- och avkänningsapplikationer samt för höghastighets, nästa generations trådlösa kommunikationssystem.

Terahertzstrålning är elektromagnetiska vågor med frekvenser mellan 0,1 och 10 terahertz. Det faller mellan mikrovågor och infraröd strålning på det elektromagnetiska spektrumet. Detta intervall har kallats terahertz gapet eftersom det har underutnyttjats i applikationer jämfört med andra regioner i spektrumet, som har använts flitigt i många applikationer.

En anledning till att terahertzstrålning inte har använts så mycket är att det traditionellt har varit svårt att generera och detektera terahertzstrålning. Men de senaste åren har det skett många framsteg inom detta område, och terahertzstrålning ökar intresset för bildbehandling för flygplatssäkerhet och medicinska ändamål samt för trådlösa kommunikationssystem som använder terahertzvågor istället för mikrovågor som informationsbärare.

Medan halvledarenheter kända som resonant tunneling diode (RTD) oscillatorer har använts som terahertz-sändare i många år, Yuma Takida och Hiroaki Minamide från RIKEN Center for Advanced Photonics har nu visat att de även kan detektera terahertzstrålning i rumstemperatur.

"Vårt resultat visar att terahertz RTD-oscillatorer kan användas som känsliga detektorer av terahertzvågor, " säger Takida. "Detta lovar att påskynda utvecklingen av integrerade oscillator- och detektorchips, som kommer att bana väg mot verkliga terahertz-applikationer."

RIKEN -paret, som samarbetade med Safumi Suzuki och Masahiro Asada från Tokyo Institute of Technology, tillverkat en RTD som kan fungera i två detekteringslägen. Ett av dessa lägen var särskilt känsligt för att detektera terahertzvågor, med en prestanda som konkurrerar med diodbaserade detektorer.

"FTU har flera viktiga fördelar jämfört med andra detektorer, ", konstaterar Takida. "Dessa fördelar inkluderar ett bredare dynamiskt område på grund av motstånd mot hög ineffekt och en högre känslighet vid rumstemperatur. Vidare, Vi har visat att en enda RTD -enhet kan användas som både en oscillator och en detektor vid terahertz -frekvenser. "

Takida säger att den växande efterfrågan på terahertz-teknik och framstegen inom halvledarteknik gjorde arbetet möjligt.

Teamet förutser att optimering av designen gör det möjligt att tillverka enheter som fungerar var som helst i 0,1–2 terahertz-regionen. Framtida arbete kommer att fokusera på att förbättra känsligheten hos deras RTD-detektor och demonstrera integrerade lösningar för bredbandsblandning av heterodyn vid terahertz-frekvenser.