Para peneliti telah mengembangkan chip yang sangat tipis dengan sirkuit fotonik terintegrasi yang dapat digunakan untuk memanfaatkan apa yang disebut celah terahertz – yang terletak antara 0,3-30 THz dalam spektrum elektromagnetik – untuk spektroskopi dan pencitraan.
Kesenjangan ini saat ini merupakan semacam zona mati teknologi, yang menggambarkan frekuensi yang terlalu cepat untuk perangkat elektronik dan telekomunikasi saat ini, tetapi terlalu lambat untuk aplikasi optik dan pencitraan.
Namun, chip baru para ilmuwan kini memungkinkan mereka menghasilkan gelombang terahertz dengan frekuensi, panjang gelombang, amplitudo, dan fase yang disesuaikan. Kontrol yang presisi seperti itu dapat memungkinkan radiasi terahertz dimanfaatkan untuk aplikasi generasi berikutnya baik dalam bidang elektronik maupun optik.
Pekerjaan yang dilakukan antara EPFL, ETH Zurich dan Universitas Harvard, telah diterbitkan diKomunikasi Alam.
Cristina Benea-Chelmus, yang memimpin penelitian di Laboratorium Fotonik Hibrida (HYLAB) di Sekolah Teknik EPFL, menjelaskan bahwa meskipun gelombang terahertz telah diproduksi di laboratorium sebelumnya, pendekatan sebelumnya terutama mengandalkan kristal massal untuk menghasilkan frekuensi yang tepat. Sebaliknya, penggunaan sirkuit fotonik di laboratoriumnya, yang terbuat dari litium niobat dan diukir halus pada skala nanometer oleh kolaborator di Universitas Harvard, menghasilkan pendekatan yang jauh lebih efisien. Penggunaan substrat silikon juga membuat perangkat tersebut cocok untuk diintegrasikan ke dalam sistem elektronik dan optik.
“Menghasilkan gelombang pada frekuensi yang sangat tinggi sangatlah menantang, dan hanya ada sedikit teknik yang dapat menghasilkannya dengan pola yang unik,” jelasnya. “Kami kini mampu merekayasa bentuk temporal gelombang terahertz yang tepat – yang pada dasarnya berarti, 'Saya ingin bentuk gelombang yang terlihat seperti ini.'”
Untuk mencapai hal ini, laboratorium Benea-Chelmus merancang susunan saluran chip, yang disebut pemandu gelombang, sedemikian rupa sehingga antena mikroskopis dapat digunakan untuk menyiarkan gelombang terahertz yang dihasilkan oleh cahaya dari serat optik.
"Fakta bahwa perangkat kami sudah menggunakan sinyal optik standar benar-benar menguntungkan, karena itu berarti bahwa chip baru ini dapat digunakan dengan laser tradisional, yang bekerja dengan sangat baik dan sangat dipahami. Itu berarti perangkat kami kompatibel dengan telekomunikasi," tegas Benea-Chelmus. Ia menambahkan bahwa perangkat miniatur yang mengirim dan menerima sinyal dalam rentang terahertz dapat memainkan peran penting dalam sistem seluler generasi keenam (6G).
Dalam dunia optik, Benea-Chelmus melihat potensi khusus untuk chip litium niobat miniatur dalam spektroskopi dan pencitraan. Selain bersifat non-pengion, gelombang terahertz memiliki energi yang jauh lebih rendah daripada banyak jenis gelombang lainnya (seperti sinar-X) yang saat ini digunakan untuk memberikan informasi tentang komposisi suatu material – baik itu tulang atau lukisan cat minyak. Oleh karena itu, perangkat yang ringkas dan tidak merusak seperti chip litium niobat dapat memberikan alternatif yang kurang invasif untuk teknik spektrografi saat ini.
"Anda dapat membayangkan mengirimkan radiasi terahertz melalui material yang Anda minati dan menganalisisnya untuk mengukur respons material, tergantung pada struktur molekulnya. Semua ini dari perangkat yang lebih kecil dari kepala korek api," katanya.
Selanjutnya, Benea-Chelmus berencana untuk fokus pada penyempurnaan properti pemandu gelombang dan antena chip untuk merekayasa bentuk gelombang dengan amplitudo yang lebih besar, serta frekuensi dan laju peluruhan yang lebih halus. Ia juga melihat potensi teknologi terahertz yang dikembangkan di labnya untuk dapat digunakan dalam aplikasi kuantum.
"Ada banyak pertanyaan mendasar yang harus dijawab; misalnya, kami tertarik untuk mengetahui apakah kami dapat menggunakan chip tersebut untuk menghasilkan jenis radiasi kuantum baru yang dapat dimanipulasi dalam skala waktu yang sangat singkat. Gelombang tersebut dalam sains kuantum dapat digunakan untuk mengendalikan objek kuantum," simpulnya.
Waktu posting: 14-Feb-2023
