Schermen kunnen nu groter zijn op smartphones, maar bijna elk ander onderdeel is ontworpen om dunner te zijn, platter en kleiner dan ooit tevoren. De techniek vereist een verschuiving van welgevormde, en omvangrijke lenzen voor de ontwikkeling van geminiaturiseerde, tweedimensionale metalen. Ze zien er misschien beter uit, maar werken ze ook beter?

Een team van Japanse onderzoekers zegt ja, dankzij een oplossing die ze op 7 juli publiceerden in Technische Natuurkunde Express .

De onderzoekers ontwikkelden eerder een meta-oppervlak met lage reflectie - een ultradunne interface die elektromagnetische golven kan manipuleren - specifiek om terahertz-golven te beheersen. Deze golven overlappen millimetergolven en infraroodgolven, en, terwijl ze een aanzienlijke hoeveelheid gegevens kunnen verzenden, ze verzwakken gemakkelijk in de atmosfeer.

De technologie is mogelijk niet geschikt voor draadloze communicatie over lange afstanden, maar zou de gegevensuitwisseling op korte termijn kunnen verbeteren, zoals residentiële internetsnelheden, zei papierauteur Takehito Suzuki, universitair hoofddocent aan het Institute of Engineering aan de Tokyo University of Agriculture and Technology. Volgens Suzuki, de onderzoekers hebben een stap gezet in de richting van dergelijke toepassingsontwikkelingen door hun meta-oppervlak te gebruiken om 's werelds beste ultrakorte metalens te maken die collimeert om een ​​optisch systeem uit te lijnen met een afstand van slechts één millimeter. De metalens kan het uitgezonden vermogen met drie verhogen in het verre veld, waar de signaalsterkte doorgaans zwakker wordt.

"Terahertz platte optica, gebaseerd op ons oorspronkelijk ontwikkelde meta-oppervlak met lage reflectie en een hoge brekingsindex, kan aantrekkelijke tweedimensionale optische componenten bieden voor de manipulatie van terahertz-golven, ' zei Suzuki.

De uitdaging was of de collimerende lens, die ongeveer bolvormige terahertz-golven omzet in uitgelijnde terahertz-golven, gemaakt met het meta-oppervlak, zou dicht bij de elektronica kunnen worden gemonteerd - een resonante tunnelingdiode genoemd - die terahertz-golven op de juiste frequentie en in de juiste richting uitzendt. De minimale afstand tussen de diode en de metalens is het noodzakelijke ingrediënt in huidige en toekomstige elektronische apparaten, zei Suzuki.

"We hebben dit probleem opgelost, "Zei Suzuki. "We hebben een gefabriceerde collimerende metalens geïntegreerd die is gemaakt met ons originele meta-oppervlak met een resonerende tunneldiode op een afstand van één millimeter." Metingen bevestigen dat de collimerende metalens die zijn geïntegreerd met de resonante tunnelingdiode de gerichtheid verbetert tot drie keer die van een enkele resonante tunneling diode.

De onderzoekers stemden hun apparaat af op 0,3 terahertz, een band met een hogere frequentie dan die wordt gebruikt voor draadloze 5G-communicatie. De manipulatie van hoogfrequente elektromagnetische golven maakt het uploaden en downloaden van enorme hoeveelheden gegevens in draadloze 6G-communicatie mogelijk, volgens Suzuki.

"De 0,3 terahertz-band is een veelbelovende kandidaat voor 6G die geavanceerde cyber-fysieke systemen biedt, "Zei Suzuki. "En onze gepresenteerde collimerende metalens kan eenvoudig worden geïntegreerd met verschillende terahertz continue-golfbronnen om de groei van de opkomende terahertz-industrie zoals 6G draadloze communicatie te versnellen."