Fysiker från University of Sussex har utvecklat en extremt tunn, halvledaryta med stor ytkälla för terahertz, består av bara ett fåtal atomlager och är kompatibel med befintliga elektroniska plattformar.

Terahertz-källor avger korta ljuspulser som svänger med "biljoner gånger per sekund". I denna skala, de är för snabba för att hanteras av standardelektronik, och, tills nyligen, för långsam för att hanteras av optisk teknik. Detta har stor betydelse för utvecklingen av ultrasnabba kommunikationsenheter över 300GHz-gränsen – som den som krävs för 6G-mobiltelefonteknik – något som fortfarande ligger över gränsen för nuvarande elektronik.

Forskare i Emergent Photonics (EPic) Lab vid Sussex, ledd av chefen för Emergent Photonics (EPic) Lab Professor Marco Peccianti, är ledande inom ytterahertz-emissionsteknik som har uppnått de ljusaste och tunnaste ythalvledarkällorna som visats hittills. Utsläppsregionen för deras nya utveckling, en halvledarkälla för terahertz, är 10 gånger tunnare än vad som tidigare uppnåtts, med jämförbara eller ännu bättre prestationer.

De tunna skikten kan placeras ovanpå befintliga föremål och enheter, vilket betyder att de kan placera en terahertzkälla på platser som annars skulle ha varit otänkbara, inklusive vardagsföremål som en tekanna eller till och med ett konstverk – vilket öppnar upp en enorm potential för anti-förfalskning och "sakernas internet" – såväl som tidigare inkompatibel elektronik, till exempel en nästa generations mobiltelefon.

Dr. Juan S. Totero Gongora, Leverhulme Early Career Fellow vid University of Sussex, sa:"Ur ett fysikperspektiv, våra resultat ger ett efterlängtat svar som går tillbaka till den första demonstrationen av terahertz-källor baserat på tvåfärgslasrar. Halvledare används i stor utsträckning inom elektronisk teknik men har förblev mestadels utom räckhåll för denna typ av terahertz-genereringsmekanism. Våra resultat öppnar därför upp ett brett spektrum av spännande möjligheter för terahertz -teknik. "

Dr Luke Peters, Forskare vid European Research Council-projektet TIMING vid University of Sussex, sade:"Idén att placera terahertzkällor på otillgängliga platser har stor vetenskaplig dragningskraft men är i praktiken mycket utmanande. Terahertzstrålning kan ha en överlägsen roll inom materialvetenskap, life science och säkerhet. Ändå, det är fortfarande främmande för det mesta av befintlig teknik, inklusive enheter som pratar med vardagliga föremål som en del av det snabbt växande "sakernas internet". Detta resultat är en milstolpe i vår väg att föra terahertz-funktioner närmare våra vardagliga liv."

Ligger mellan mikrovågor och infrarött i det elektromagnetiska spektrumet, terahertz -vågor är en strålningsform som är mycket eftertraktad inom forskning och industri. De har en naturlig förmåga att avslöja materialets sammansättning genom att lätt tränga in i vanliga material som papper, kläder och plast på samma sätt som röntgen, men utan att vara skadligt.

Terahertz-avbildning gör det möjligt att "se" den molekylära sammansättningen av föremål och skilja mellan olika material. Tidigare utvecklingar från Prof Pecciantis team visade upp de potentiella tillämpningarna av terahertz-kameror, som skulle kunna förändra flygplatssäkerheten, och medicinska skannrar – som de som används för att upptäcka hudcancer.

En av de största utmaningarna för forskare som arbetar med terahertz-teknik är att det som allmänt accepteras som en "intensiv terahertzkälla" är svagt och skrymmande jämfört med, till exempel, en glödlampa. I många fall, behovet av mycket exotiska material, såsom icke-linjära kristaller, gör dem otympliga och dyra. Detta krav innebär logistiska utmaningar för integration med andra teknologier, såsom sensorer och ultrasnabb kommunikation.

Sussex-teamet har övervunnit dessa begränsningar genom att utveckla terahertzkällor från extremt tunna material (cirka 25 atomlager). Genom att belysa en halvledare av elektronisk kvalitet med två olika typer av laserljus, var och en oscillerar med olika frekvens eller färg, de kunde framkalla emission av korta skurar av Terahertz-strålning.

Detta vetenskapliga genombrott har länge varit eftersökt av forskare som arbetar på området sedan den första demonstrationen av terahertz-källor baserade på tvåfärgslasrar i början av 2000-talet. Tvåfärgade terahertzkällor baserade på speciella blandningar av gas, som kväve, argon eller krypton, är bland de bäst presterande källorna som finns tillgängliga idag. Halvledare, används ofta inom elektronisk teknik, har förblivit mestadels utom räckhåll för denna typ av terahertz-genereringsmekanism.