연구자들은 분광학 및 이미징을 위해 전자기 스펙트럼에서 0.3~30THz 사이에 있는 테라헤르츠 갭이라고 불리는 부분을 활용하는 데 사용될 수 있는 통합 광자 회로가 있는 극히 얇은 칩을 개발했습니다.
이러한 격차는 현재 기술적으로 사각지대에 속합니다. 오늘날의 전자 및 통신 장비에는 너무 빠르지만 광학 및 이미징 애플리케이션에는 너무 느린 주파수를 나타냅니다.
하지만 과학자들이 개발한 새로운 칩은 이제 주파수, 파장, 진폭, 위상을 맞춤화한 테라헤르츠파를 생성할 수 있게 해줍니다. 이러한 정밀한 제어를 통해 테라헤르츠파를 전자 및 광학 분야 모두의 차세대 응용 분야에 활용할 수 있을 것입니다.
EPFL, ETH Zurich 및 Harvard 대학에서 수행한 작업이 출판되었습니다.네이처 커뮤니케이션.
EPFL 공과대학 하이브리드 광자학 연구실(HYLAB)에서 연구를 이끈 크리스티나 베네아-첼무스는 이전에도 실험실 환경에서 테라헤르츠파를 생성한 적이 있지만, 이전의 접근 방식은 적절한 주파수를 생성하기 위해 주로 벌크 결정에 의존했다고 설명했습니다. 하지만 그녀의 연구실에서는 리튬 니오베이트로 제작되고 하버드 대학교 연구진이 나노미터 단위로 미세하게 식각한 광자 회로를 사용함으로써 훨씬 더 간소화된 접근 방식을 제시합니다. 또한 실리콘 기판을 사용함으로써 이 소자는 전자 및 광학 시스템에 통합하는 데 적합합니다.
"매우 높은 주파수의 파동을 생성하는 것은 매우 어렵고, 고유한 패턴으로 파동을 생성할 수 있는 기술은 거의 없습니다."라고 그녀는 설명했습니다. "이제 우리는 테라헤르츠파의 정확한 시간적 형태를 설계할 수 있습니다. 즉, '이런 파형을 원합니다'라고 말할 수 있는 것이죠."
이를 달성하기 위해 베네아-첼무스 연구실은 광섬유에서 나오는 빛으로 생성된 테라헤르츠파를 방송하기 위해 미세한 안테나를 사용할 수 있도록 칩의 채널 배열(도파관이라고 함)을 설계했습니다.
"저희 장치가 이미 표준 광 신호를 사용한다는 점은 큰 장점입니다. 이 새로운 칩을 기존 레이저와 함께 사용할 수 있기 때문입니다. 기존 레이저는 매우 잘 작동하고 널리 알려져 있습니다. 즉, 저희 장치는 통신과 호환됩니다."라고 베네아-첼무스는 강조했습니다. 그녀는 테라헤르츠 대역의 신호를 송수신하는 소형 장치가 6세대 이동통신 시스템(6G)에서 핵심적인 역할을 할 수 있다고 덧붙였습니다.
광학 분야에서 베네아-첼무스는 분광학 및 이미징 분야에서 소형화된 니오브산리튬 칩의 특별한 잠재력을 주목합니다. 테라헤르츠파는 비이온화성일 뿐만 아니라, 뼈든 유화든 재료의 구성에 대한 정보를 제공하는 데 현재 사용되는 다른 여러 유형의 파동(예: X선)보다 에너지가 훨씬 낮습니다. 따라서 니오브산리튬 칩과 같은 소형 비파괴 장치는 기존 분광학 기술보다 덜 침습적인 대안을 제공할 수 있습니다.
"관심 있는 물질에 테라헤르츠 방사선을 투과시켜 분자 구조에 따라 물질의 반응을 측정하는 것을 상상해 보세요. 이 모든 것이 성냥개비보다 작은 장치에서 가능합니다."라고 그녀는 말했습니다.
베네아-첼머스는 다음으로 칩의 도파관과 안테나 특성을 조정하여 더 큰 진폭, 더욱 미세하게 조정된 주파수 및 감쇠율을 가진 파형을 설계하는 데 집중할 계획입니다. 또한 그녀는 연구실에서 개발된 테라헤르츠 기술이 양자 응용 분야에 유용할 잠재력을 가지고 있다고 생각합니다.
"해결해야 할 근본적인 질문들이 많습니다. 예를 들어, 우리는 이러한 칩을 사용하여 매우 짧은 시간 단위로 조작할 수 있는 새로운 유형의 양자 복사선을 생성할 수 있는지에 관심이 있습니다. 양자 과학에서 이러한 파동은 양자 물체를 제어하는 데 사용될 수 있습니다."라고 그녀는 결론지었습니다.
게시 시간: 2023년 2월 14일
