Wetenschappers uit Rusland en het VK hebben een antenne ontwikkeld die kan helpen bij het verminderen van bronnen van terahertz-straling tot de grootte van een vingertop. De antenne is een "sandwich" van halfgeleiderlagen gecombineerd met quantum dots. De wetenschappers toonden aan dat dergelijke antennes de basis vormen voor een nieuw universeel systeem dat zowel terahertz-straling kan verzenden als ontvangen. Compacte apparaten, werkend op terahertz bereik, hebben toepassingen in de geneeskunde en biologie voor tumorvisualisatie en in de lucht- en ruimtevaartindustrie voor snelle communicatiesystemen. De studie is gepubliceerd in Laser- en fotonica-beoordelingen .

Het terahertz-bereik ligt tussen infrarood- en microgolfspectra. Terahertzstraling kan levende weefsels binnendringen, maar in tegenstelling tot röntgenstralen, is niet ioniserend en vormt geen gevaar voor de gezondheid. Daarom, artsen zouden enorm kunnen profiteren van compacte terahertz-scanners die afbeeldingen van weefsels in levende organismen kunnen verkrijgen.

Onderzoekers van Aston University en ITMO University gebruikten kwantumdots om een ​​antenne te ontwikkelen die de omvang van terahertz-bronnen aanzienlijk kan verkleinen. Het werk werd ondersteund door wetenschappers van de Universiteit van Strathclyde en de Universiteit van Sheffield, evenals TeraVil Ltd bedrijf en Centrum voor Exacte Wetenschappen en Technologie in Vilnius.

"Het was een technologische uitdaging, ", zegt de academische supervisor van de studie, Edik Rafailov, professor aan het Aston Institute of Photonic Technologies en toonaangevende onderzoeksmedewerker aan de ITMO University. "We hebben aangetoond dat kwantumdots een goed alternatief zijn voor conventionele halfgeleiders. Deze nieuwe technologie geeft ons de mogelijkheid om terahertz bij kamertemperatuur te genereren en mogelijk terahertz-apparaten compact en goedkoop te maken."

Vandaag, terahertz-generatie is afhankelijk van bronnen waarbij de infrarode laserstraal wordt omgezet in terahertz. De transformatie wordt uitgevoerd met ingewikkelde systemen van golfgeleiders, halfgeleiderkristallen of diodes. De zoektocht naar alternatieve manieren om terahertz-golven te genereren en te detecteren, is nog steeds aan de gang, maar dergelijke apparaten blijven omvangrijk, duur en werken alleen bij lage temperaturen.

De nieuwe antennes maken het niet alleen mogelijk om terahertz-bronnen bij kamertemperatuur te gebruiken, maar ook om ze te verkleinen. "We zijn in staat om zeer compacte bronnen van terahertzstraling ter grootte van een vingertop te creëren, " zegt hoofdauteur van het artikel Andrei Gorodetsky, onderzoeker bij de afdeling Fotonica en Optische Informatietechnologie van ITMO University en onderzoeksmedewerker bij Aston Institute of Photonic Technologies. "Met de nieuwe antennes, we zijn erin geslaagd om de beperking te verwijderen die gepaard gaat met het smalle lichtspectrum dat wordt gebruikt door huidige bekeerlingen. Dit geeft ons de mogelijkheid om de antennes te combineren met compacte infrarood lasers. Aanvullend, de antennes zijn 20 keer beter bestand tegen schade dan typische halfgeleiderapparaten. Beide factoren stellen ons in staat om de antenne in de laser op te nemen in plaats van hem apart te zetten."

De onderzoekers suggereren dat hun bevindingen kunnen worden gebruikt in snelle communicatiesystemen en ook in compacte terahertz-scanners, die dynamische beeldvorming van diepe huidlagen zou geven, embryonale ontwikkeling, hersenprocessen, en scannen van inwendige organen of tumoren. Terahertz-straling is niet schadelijk, omdat het niet te veel verspreidt in biologische weefsels. Als resultaat, terahertz-systemen zijn informatiever, gevoelig en snel in vergelijking met hun vervangers uit andere delen van het elektromagnetische spectrum.