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.

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.

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).