Исследователи из Массачусетского технологического института, Университета Миннесоты и компании Samsung разработали новый вид терагерцовой камеры, которая может быстро и с высокой чувствительностью обнаруживать терагерцевое излучение при комнатных условиях. В перспективе это приведёт к появлению ручных сканирующих устройств, для которых буквально не будет стен, и они выведут на новый уровень системы безопасности, контроля продукции и т.д.
Источник изображения: MIT
Современное оборудование для регистрации терагерцевого излучения громоздкое и дорогое. Энергия терагерцевых фотонов настолько слабая, что для их выделения из шума требуются специальные условия с охлаждением датчиков до криогенных температур. Такое недорогим не может быть по определению. В то же время терагерцевое излучение может найти массу применений в промышленности, науке и жизни людей, если создать недорогое массовое устройство для работы с этим диапазоном волн, который лежит между видимым и микроволновым диапазоном. Разработка американских инженеров с участием специалистов Samsung приближает это событие.
Созданный инженерами в лаборатории прототип недорогой терагерцовой камеры работает при комнатной температуре и обычном давлении. Более того, он простым образом преобразует терагерцевое излучение в видимое. Секрет разработки кроется в квантовых точках, которые компания Samsung и другие производители дисплеев широко используют при производстве телевизоров и мониторов. Терагерцевые фотоны возбуждают квантовые точки, а они, в свою очередь, легко детектируются обычным датчиком изображения в видимом диапазоне.
Предложенный учёными датчик терагерцевого излучения представляет собой бутерброд: в нижнем слое лежит массив параллельно расположенных золотых наноразмерных линий с узкими щелями между ними, выше расположен массив с квантовыми точками, а ещё выше помещён обычный КМОП-датчик изображений. Подобную конструкцию легко изготовить на современном оборудовании, что обещает массовость и дешевизну.
Более того, учёные создали другой тип датчика терагерцевого излучения, который определяет поляризацию терагерцевых волн при прохождении препятствия. Поляризация, например, нужна для определения характера и топологии поверхности материала, а также даёт возможность распознать определённый вид молекул в материале. Чтобы различать поляризацию новым методом в датчике золотые нанополоски в нижнем слое детектора заменили на золотые наноокружности.
Обе технологии успешно работают в лаборатории и даже дают практический результат. Теперь учёным не нужны дорогие терагерцовые сканеры для проведения экспериментов. С такой работой вполне справляется созданный «на коленке» прототип. И всё бы хорошо, но остаётся проблема подсветки. Сегодня для этого используются системы из множества лазерных источников, что тоже сложно и дорого. Эту проблему учёные обещают решить на следующем этапе экспериментов. Если у них всё получится, мир получит новые средства неразрушающего контроля продукции, сканеры безопасности, дистанционные анализаторы молекулярного состава, ускоренную беспроводную связь и многое другое, ключом к чему станут массовые детекторы терагерцевого диапазона.