Převratné terahertzové mikročipy nabízejí nový pohled skrz hmotu  
V Princetonu dramaticky zmenšili technologii potřebnou k vysílání a detekci terahertzového záření. Teď postačují dva laciné mikročipy, které se vejdou na nehet.

 

Mikročip terahertzové technologie. Kredit: Frank Wojciechowski / Office of Engineering Communications.
Mikročip terahertzové technologie. Kredit: Frank Wojciechowski / Office of Engineering Communications.

Pulzy elektromagnetického záření, které trvají miliontinu miliontiny sekundy, by se mohly stát základem nových podivuhodných technologií v diagnostice, komunikacích, bezpečnosti, astronomii nebo třeba vývoji léků. Jde o takzvané terahertzové záření nebo také T-paprsky, které zahrnuje oblast frekvencí záření 0,3 až 3 terahertz, odpovídající vlnovým délkám mezi 1 mm a 0,1 mm, na pomezí infračerveného a mikrovlnného záření.

 

Kaushik Sengupta (vlevo). Kredit: Princeton University.
Kaushik Sengupta (vlevo). Kredit: Princeton University.

Terahertzové vlny projdou většinou různých nevodivých materiálů, jako zdivem, keramikou, umělou hmotou, dřevem, papírem nebo běžným textilem. A přitom podle dosavadních poznatků nepoškozují lidské tkáně ani DNA. Terahertzové vlny také specifickým způsobem interagují s různými chemickými látkami, čehož lze využít při analytických postupech. Jednou z nejslibnějších oblastí možného využití terahertzového záření je terahertzová spektroskopie. Terahertzové záření je prostě unikátní a je proto už dlouho v hledáčku vědců a vývojářů. Až doposud ale jeho širokému využití bránilo komplikované a drahé vybavení.


Zásadní zvratem v rozvoji terahertzových technologií by se mohl stát výzkum badatelů z Princetonu, kterým se povedlo dost dramaticky zmenšit klíčové přístroje. Ze stolní verze s lasery a zrcadly se stala dvojice mikročipů, které se vejdou na nehet. Kaushik Sengupta s kolegy v časopise IEEE Journal of Solid State Circuits popisují, jak jeden z těchto mikročipů generuje terahertzové vlny, zatímco ten druhý je detekuje a analyzuje. Podle Sengupty jsou terahertzové čipy postavené na stejné technologii křemíkových čipů, jako veškerá moderní elektronika od chytrých telefonů po tablety. A jsou stejně tak levné.

 

Terahertzové vlny. Kredit: Tatoute / Wikimedia Commons.
Terahertzové vlny. Kredit: Tatoute / Wikimedia Commons.

Odborníci se snaží zjednodušit zařízení terahertzové technologie už celé roky.

Sengupta a spol. k tomu došli přepracováním mechanismu, jakým pracuje anténa. Když terahertzové vlny interagují s kovovou strukturou uvnitř čipu, tak vytvářejí slabá komplexní elektromagnetická pole. Obvykle se taková pole v přístrojích ignorují, badatelé ale zjistili, že z nich lze vyčíst charakteristiky terahertzových vln. Detekci a také vysílání terahertzového záření tudíž zvládnou doopravdy malé čipy. Namísto aby čipy přímo pracovaly s terahertzovými vlnami, tak sledují stopy jejich působení. Jak říká Sengupta, je to jako analyzovat kapky deště z kruhů po jejich dopadu na vodní hladinu.


Podle Daniela Mittlemana z Brownovy univerzity a z vedení Mezinárodní společnosti pro infračervené milimetrové a terahertzové vlny jde o úžasnou inovaci, která může mít veliký dopad. Ještě nějaký čas prý potrvá, než se objeví praktické aplikace terahertzových vln pro zařízení každodenní potřeby, vývoj je ale podle Mittlemana slibný. Dalším krokem bude rozšíření působnosti mikročipů na celé terahertzové pásmo, protože mikročipy zatím pracují jenom s jeho částí.

Literatura
Princeton 8. 2. 2017, IEEE Journal of Solid-State Circuits 51: 3049-3062 a 52: 389-405, Wikipedia (Terahertz radiation).

Datum: 16.02.2017
Tisk článku

Konstruktér a počítač -
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 99 Kč
cena: 94 Kč
Konstruktér a počítač

Související články:

Elektronický obvod Darpy zvládl 1 bilion cyklů za sekundu     Autor: Stanislav Mihulka (03.11.2014)
Michiganské mikrosmítko, nejmenší počítač na světě     Autor: Stanislav Mihulka (12.04.2015)
Vývojáři předvedli první mikročip, který ultrarychle komunikuje světlem     Autor: Stanislav Mihulka (24.12.2015)



Diskuze:

Převratné terahertzové mikročipy nabízejí nový pohled skrz hmotu

Jaroslav Červinka,2017-02-28 14:53:11

Převratné terahertzové mikročipy nabízejí nový pohled skrz hmotu

V Princetonu dramaticky zmenšili technologii potřebnou k vysílání a detekci terahertzového záření. Tato technologie potvrzuje jak, zajímavé jsou fyzikální problémy spojené s rezonančními vlastnostmi EM vlnění na úrovni blízkých rozměrům atomových struktur. Čím více se zkracují délky vln, které lze s úspěchem metrologicky zpracovávat, objevují se nové vlastnosti, které nelze úspěšně vysvětlovat na principech klasické fyziky a kvantové mechaniky.
Chybí hodnověrné vysvětlení, čím jsou způsobeny zásadní rozdíly při průchodu EM vlnění různými typy materiálů? Jednou z nejslibnějších oblastí možného využití terahertzového záření je terahertzová spektroskopie. Terahertzové záření je prostě unikátní a je proto už dlouho v hledáčku vědců a vývojářů, jak se domnívají autoři. Unikátnost, ale vyplývá z toho, že nedisponují kvalitní teorií, která by s dostatečnou přesnosti dokázala popsat fyzikální jevy na pomezí mezi hmotou a EM zářením. To začíná být aktuální právě při délkách EM vlnění kratších, než o kterých je právě řeč.
Zvratem v rozvoji terahertzových technologií se stane až se výzkumníkům z Princetonu, či jiných ústavů podaří zvládnout zákonitosti Nové nečásticové fyziky a bude tak nalezena kontinuita teorie EM pole v mikrokosmu a fyziky částicové. Tady se naskýtá možnost spolupráce vědců z VUT v Brně, kteří zatím velmi úspěšně zvládají problémy s EM vlněním v rozměrech sub atomových struktur. Sub atomové struktury postavené na prstencových EM vírových toroidech a principech jejich prostorové EM levitační stabilizace otevírají nové možnosti výzkumu převratných technologií.
To je velká výzva pro specialisty na pomezí částicové fyziky a teorie elektromagnetického pole. Vysoké školy mají co smysluplného řešit.

Odpovědět

Pasivní terahertzový systém

Karel Wágner,2017-02-16 17:49:47

Koncem 70. let minulého století se objevily první femtosekundové lasery, aby pak s rozvojem nových technologií a sjednocováním optiky a elektroniky našla THz spektroskopie široké uplatnění v mnoha aplikacích. Ale pořád tu jde o uměle generované pulzy. Naproti tomu THz záření, mapované kamerami společnosti ThruVision, nemá nic společného s generováním krátkých pulzů. THz technologie britské firmy ThruVision Systems Ltd byla ve Velké Británii původně odvozena z průkopnických metod zobrazování v Rutherford Appleton Laboratory (RAL), která dnes spadá pod Radu pro vědu a technologická zařízení, podporovanou programem Evropské kosmické agentury.

Pasivní terahertzový systém jednoduše detekuje terahertzové vlny, které vyzařují všechna tělesa. Oproti aktivnímu systému, který využívá „ozařování“, se ve vojenských a bezpečnostních aplikacích v posledních letech začal využívat pasivní terahertzový systém, založený na souboru vědeckých poznatků o molekulárním pohybu. Terahertzová kamera pasivně snímá (skenuje) terahertzové vlnění a změnou snímaného spektra lze „nakouknout“ pod některé látky – například pod lepenku či textilie, nebo „prohlédnout“ kouř. Díky tomu lze snadno identifikovat nejrůznější zbraně. Analýzy konkrétních částí spektra pak umožňují celníkům na letišti snadno zjistit, zda některý z cestujících nemá např. na těle připevněny plastické trhaviny (na 0,25 THz je největší rozdíl mezi skrytou výbušninou a lidskou kůží v obraze), přičemž takovéto snímkování umožňuje i bezproblémový venkovní provoz. Zajímavý je fakt, že THz kamera může prozkoumat jak statické, tak i pohybující se objekty, a to v dosahu až 30 metrů.
Jak bylo již řečeno, tato technologie je založena na teravlnách, které vyzařují (jako důsledek molekulárního pohybu) do svého okolí veškeré neživé i živé objekty, přičemž každá látka září na specifické frekvenci. V případě okolím vyzařovaných teravln jde o spektrum záření, kterému lze přiřadit při vhodných zobrazovacích technikách pro jednotlivé specifické frekvence záření jednotlivé barvy. Jedná se zde o princip počítačových zobrazovacích metod, obecně nazývaných tomografické rekonstrukce. Jistým způsobem tak může být THz záření adekvátní světlu. Různé vlnové délky světla si totiž lidé pojmenovali jako barvu světla, přičemž každá jedna konkrétní vlnová délka světla je člověkem vnímána jako jedna konkrétní barva.

Odpovědět

CT

Bluke .,2017-02-16 08:46:25

takze by THz technologia mohla byt nahrada CT a rontgenu do urcitej miery. chipy pracuju s technologiou mikropaskovych vlnovodov a dutinovych rezonatorov plus neaky ten "tranzistor", napriklad pekny opis je i tu: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/01/170119084056.htm

Odpovědět


Re: CT

Karel Wágner,2017-02-19 15:31:39

Svého času se THz záření opravdu diskutovalo s tím, že by mohlo přinést revoluci ve vývoji neivazivních vyšetřovacích metod. Ve srovnání s rentgenovými paprsky totiž terahertzové vlny, coby neionizující záření, nijak nepoškozují tkáně lidského těla. Poněvadž jsou však pohlcovány vodou, nepronikají do tkání moc hluboko. A tak klasická rentgenologická vyšetření nemohou úplně nahradit.

Odpovědět


Nejlepší metamateriál na ukrytí zbraně před THz scanem je několik vrstev čerstvě stažené (bílé) kůže

Josef Hrncirik,2017-02-19 18:29:15

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace