Snellere en krachtigere elektronica: Nieuwe methode om terahertz-licht te controleren kan elektronica transformeren

Met een doorbraak hebben onderzoekers van het CNR Istituto Nanoscienze een nieuwe manier aangetoond om het gedrag van licht en elektronen in het terahertz (THz) frequentiegebied - een onderverkend deel van het elektromagnetische spectrum - nauwkeurig af te stemmen. Deze prestatie, beschreven in het tijdschrift Light: Science and Applications, zou kunnen leiden tot afstembare en energie-efficiënte apparaten voor een breed scala aan toepassingen - van ultrasnelle communicatie tot kwantumcomputing.

Hoewel licht gebruikt kan worden om informatie over te brengen in apparaten op nanoschaal, werden wetenschappers geconfronteerd met de uitdaging om licht op nanoschaal te beperken en te geleiden vanwege de relatief grote golflengte. Dit nieuwe onderzoek richtte zich op hybride golven genaamd Dirac plasmon polaritons (DPP's), die samengeperst kunnen worden in ruimtes die honderden keren kleiner zijn dan hun natuurlijke golflengte.

Om dit te bereiken, ontwierpen de onderzoekers een speciale klasse materialen die topologische isolatoren worden genoemd. Ze maakten piepkleine, zijdelings gekoppelde stroken (metaelementen) van een geavanceerd materiaal dat epitaxiaal _Bi2Se3 wordt genoemd. Door de microscopische openingen tussen deze strips nauwkeurig aan te passen, kon het onderzoeksteam de golflengte van de THz-golven manipuleren.

Het onderzoek leverde twee positieve resultaten op. Het team slaagde erin om de golflengte met 20% te verkorten en tegelijkertijd legden de golven ongeveer 50% meer afstand af voordat ze een kritieke hoeveelheid energie verloren. Deze twee prestaties pakken de belangrijkste uitdagingen aan die de toepassing van DPP's in echte toepassingen in de weg hebben gestaan.

Dit niveau van controle over THz-licht zou de ontwikkeling van apparaten mogelijk kunnen maken die gegevens kunnen verzenden met hogere snelheden dan beschikbaar zijn in de huidige apparaten. Het zou ook de deur kunnen openen naar een nieuw tijdperk op het gebied van kwantumcomputing, medische beeldvorming en fotonica.