Zvětšit obrázek

Obvod TMIC. Kredit: DARPA.

Lidé Guinnessových světových rekordů sotva před pár dny oficiálně zaznamenali nový pozoruhodný rekord, kterého dosáhli američtí vojenští vizionáři DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). V rámci svého programu THz Electronics postavili integrovaný obvod zesilovače se společným emitorem (common-source amplifier), který umí jeden terahertz (10¹² hertzů) neboli 1 bilion cyklů za sekundu. Úřadují rekord z roku 2012, který činil 850 gigahertzů, byl tím pádem pokořen o 150 miliard cyklů za sekundu.

Logo DARPA.

Podle manažera programu Terahertzové elektroniky DARPA Deva Palmera mají terahertzové obvody veliký potenciál ve výzkumu a hlavně v netušených aplikacích v oblasti submilimetrových vln. A taky mají úžasný výkon. Rekordní zesilovač by podle Palmera mohl vést k převratným technologiím, jako jsou bezpečnostní systémy s vysokým rozlišením, vylepšené technologie pro vyhýbání se srážkám, komunikační sítě s ohromující kapacitou anebo fantasticky citlivé spektrometry pro detekci nejrůznější látek.

Logo Guinnessových světových rekordů.

Nový držitel Guinnessova světového rekordu se jmenuje Terahertz Monolithic Integrated Circuit (TMIC) a na zakázku DARPA ho vytvořila společnost Northrop Grumman Corporation. Tento obvod vykazuje zisky výkonu (power gains) o několik řádu vyšší, než soudobé technologie. Tento zisk se měří v decibelech a logaritmicky, tedy podobně jako se měří velikost zemětřesení na Richterově škále. Udává přitom schopnost zesilovače zesílit výkon signálu mezi vstupem a výstupem. Obvod TMIC má podle měření zisk 9 decibelů na frekvenci 1,0 terahertzu a 10 decibelů na frekvenci 1,03 terahertzů. Pro srovnání, technologie chytrých telefonů pracuje na 1 až 2 gigahertzích a bezdrátové sítě na 5,7 gigahertzích.

Zvětšit obrázek

Terahertzová mezera. Kredit: CIRCE LBNL.

Vývojáři se už roky snaží zužitkovat oblast vysokých frekvencích nad 300 gigahertzů, čili submilimetrové vlnové délky. Jenže terahertzové frekvence byly dlouho nedosažitelné, protože jsme neměli k dispozici nástroje k vytváření, zachycovávání a zpracovávání potřebných vysokofrekvenčních signálů. Dosavadní elektronika se sem obvykle nemůže dostat kvůli nedostatečnému výkonu tranzistorů. Odborníci této oblasti elektromagnetického spektra mezi rádiovými vlnami a infračerveným zářením láskyplně přezdívají Terahertzová mezera (Terahertz gap). Tradičně se k prolomení Terahertzové mezery využívá frekvenční konverze, tedy překlopení jedné frekvence střídavého proudu na druhou. Tento postup ale zahrnuje celou řadu nevýhod, jako omezení výkonu elektroniky nebo nárůst velikosti, váhy a spotřeby energie dotyčných zařízení.

DARPA se teď podle všeho o terahertzové frekvence hodně zajímá. Investovala své zdroje do programů HiFIVE, SWIFT a TFAST. Jednotlivé programy přitom vždy navazují na úspěch těch předcházejících a výsledkem jsou podivuhodnosti jako obvod TMIC. Terahertzová mezera se chvěje v základech.

Video:  Mind-Blowing DARPA Projects That Will Change Our World. Kredit: geobeats

Literatura

DARPA News 28. 10. 2014, Wikipedia (Guinness World Records, Common source, Power gain, terahertz gap)