ЭРДЭМТЭД ХЭТ НИМГЭН ТЕРАГЕРЦИЙН ҮҮСВЭРИЙГ ХӨГЖҮҮЛЛЭЭ

Сассекс /Sussex/-ийн их сургуулийн физикчид хэдхэн атомын давхаргаас бүрдсэн, одоо байгаа электроникийн хавтангуудад тохиромжтой маш нимгэн, том талбай бүхий хагас дамжуулагч гадаргуу бүхий терагерцийн давтамж гаргах эх үүсвэрийг боловсруулсан байна.

Терагерцийн эх үүсвэрүүд нь секундэд их наяд удаа хэлбэлздэг гэрлийн богино импульсийг цацаргадаг. Энэ хэмжээ нь уламжлалт электроникийн хувьд ажиллахад дэндүү хурдан байсан. Гэхдээ энэ нь 6G гар утасны технологид шаардагдах 300GHz-ийн хязгаараас хэт хурдан холбооны төхөөрөмжүүдийн хувьслын хувьд маш чухал ач холбогдолтой ба одоогийн электроникийн хязгаараас давсан зүйл юм.

Сассекс дэхь "Emergent Photonics" (EPic) лабораторийн судлаачид, "Emergent Photonics" (EPic) лабораторийн захирал, профессор Марко Печчиантигаар удирдуулсан баг нь өнөөг хүртэл гадаргуугийн терагерцийн цацаргалтын технологид хамгийн тод, хамгийн нимгэн хагас дамжуулагч эх үүсвэрийг ашигласан гэдгээрээ тэргүүлж байна. Тэдний хөгжүүлж буй терагерцийн хагас дамжуулагч эх үүсвэр өмнө тэмдэглэгдэж байсан судалгаануудын үр дүнтэй харьцуулбал 10 дахин нимгэн бөгөөд харьцуулж болохуйц эсвэл бүр илүү сайн гүйцэтгэлтэй байна.

Нимгэн давхаргыг одоо байгаа эд зүйл, төхөөрөмжийн орой дээр байрлуулж болох бөгөөд ингэснээр санаанд багтамгүй газруудад терагерцийн эх үүсвэр байрлуулах боломжтой юм.

Сассексийн Их Сургуулийн доктор Хуан С.Тотеро Гонгора хэлэхдээ: "Физикийн үүднээс авч үзвэл бидний үр дүн маш удаан хугацаанд хүлээгдсэн нь хоёр өнгийн лазер дээр үндэслэсэн терагерцийн анхны үүсгүүрийг эрэлхийлэх асуултын хариулт болж байна. Хагас дамжуулагчийг электроник технологид өргөн ашигладаг боловч энэ төрлийн терагерцийн генераторын механизмын хувьд ихэвчлэн хүртээмжгүй хэвээр байна. Бидний олж мэдсэн зүйлс терагерцийн технологид өргөн хүрээний гайхалтай боломжуудыг нээж өгч байна.

Сассексийн Их Сургуулийн Европын Судалгааны Зөвлөлийн TIMING төслийн судлаач, доктор Люк Питерс "Терагерцийн эх үүсвэрийг боломжгүй газарт байрлуулах санаа нь шинжлэх ухааны хувьд маш их сонирхолтой боловч практик дээр маш хэцүү байдаг. Терагерцийн цацаргалт нь материал судлал, байгалийн шинжлэх ухаан, аюулгүй байдлын судалгаануудад онцгой чухал үүрэгтэй. Гэсэн хэдий ч энэ нь одоо байгаа ихэнх технологид, тэр дундаа хурдацтай өргөжиж буй "internet of things" -ийн нэг хэсэг болох өдөр тутмын объектуудтай ярьдаг төхөөрөмжүүдэд хийсвэр хэвээр байна. Энэ үр дүн нь терагерцийн функцүүдийг бидний өдөр тутмын амьдралд илүү ойр авчирлаа.

Цахилгаан соронзон спектр дэх богино долгион ба хэт улаан туяаны хооронд байрлаж байгаа терагерцийн долгион нь эрдэм шинжилгээ, үйлдвэрлэлийн салбарт хайж байгаа өндөр эрэлттэй цацрагийн хэлбэрийн нэг юм. Тэдгээр нь цаасан, хувцас, хуванцар гэх мэт нийтлэг материалыг рентген туяатай адилхан амархан нэвтэрч чадах хор хөнөөлгүй, эвдрэл гэмтэлгүйгээр объектын, материалын бүтцийг илрүүлэх юм.

Терагерцийн дүрслэл нь объектуудын молекулуудыг, өөр материалуудын хоорондох ялгааг "харах" боломжийг олгодог. Проф. Печантигийн багийн өмнө хөгжүүлэлтээс бодит хэрэглээнд нэвтэрсэн бүтээлүүдээс нисэх онгоцны буудлын аюулгүй байдлыг хангах терагерц камерууд, арьсны хорт хавдрыг илрүүлэхэд ашигладаг эмнэлгийн сканнер гэх мэт дурдаж болно.

Сассексийн баг маш нимгэн материалаас (ойролцоогоор 25 атомын давхарга) терагерц эх үүсвэр боловсруулсан. Тус бүр нь өөр өөр давтамж эсвэл өнгөөр хэлбэлздэг хоёр өөр төрлийн лазерын гэрэлтэй электрон хагас дамжуулагчийг гэрэлтүүлснээр тэд Терагерцийн богино хугацааны тэсрэлтийг ялгаруулж чадсан юм.

Азот, аргон, криптон зэрэг хийн тусгай хольц дээр суурилсан хоёр өнгийн терагерцийн эх үүсвэрүүд нь өнөө үед хамгийн сайн гүйцэтгэлтэй эх үүсвэрүүдийн нэг болж байна. Цахим технологид өргөн хэрэглэгддэг хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүд энэ төрлийн терагерц үүсгэх механизмд ихэнхд нь боломжгүй хэвээр байна.

Бэлтгэсэн:

МС салбар, биофизикийн лабораторийн ЭШДаА Б. Дүүрэнбуян, Б. Хонгор

https://phys.org/news/2021-03-scientists-ultra-thin-terahertz-source.html

More information: J. S. Totero Gongora et al, All-Optical Two-Color Terahertz Emission from Quasi-2D Nonlinear Surfaces Physical Review Letters (2020).