超薄型テラヘルツソースが次世代通信技術への道を開く

サセックス大学の物理学者は、わずか数個の原子層で構成され、既存の電子プラットフォームと互換性のある、非常に薄く、大面積のテラヘルツ半導体表面光源を開発しました。

テラヘルツ波源は、1秒間に数兆回振動する短い光パルスを放出します。この規模では、それらは標準的な電子機器では処理するには速すぎ、最近まで、光学技術では処理するには遅すぎます。これは、6G携帯電話技術に必要な300GHzの制限を超える超高速通信デバイスの進化にとって非常に重要です。これは、現在の電子機器の制限を根本的に超えています。サセックスのEmergentPhotonics（EPic）ラボの研究者は、これまでに実証された中で最も明るく最も薄い表面半導体光源を実現した、表面テラヘルツ放射技術のリーダーです。テラヘルツの半導体源である彼らの新しい開発の発光領域は、以前に達成されたものより10倍薄く、同等またはそれ以上の性能を備えています。

薄い層は、既存のオブジェクトやデバイスの上に配置できます。テラヘルツソースは、ティーポットや芸術作品などの日常のオブジェクトなど、他の方法では考えられなかった場所に配置できます。これにより、アンチの大きな可能性が開かれます。偽造やモノのインターネット、および次世代の携帯電話など、以前は互換性がなかった電子機器。

サセックス大学の欧州研究評議会プロジェクトTIMINGのリサーチフェローであるルークピーターズ博士は、次のように述べています。テラヘルツ放射は、物質科学、生命科学、およびセキュリティにおいて最高の役割を果たすことができます。それにもかかわらず、急速に拡大しているモノのインターネットの一部として日常のオブジェクトと通信するデバイスを含む、既存のテクノロジーのほとんどにはまだ異質です。この結果は、テラヘルツ機能を日常生活に近づけるためのマイルストーンです。」

電磁スペクトルのマイクロ波と赤外線の間にあるテラヘルツ波は、研究や産業で非常に求められている放射線の一種です。 X線と同じように、紙、衣服、プラスチックなどの一般的な材料に簡単に浸透することで、オブジェクトの材料組成を明らかにする自然な能力がありますが、有害ではありません。テラヘルツイメージングにより、物体の分子組成を「確認」し、異なる材料を区別することができます。以前の開発では、空港のセキュリティに変革をもたらす可能性のあるテラヘルツカメラや、皮膚がんの検出に使用されるような医療用スキャナーの潜在的なアプリケーションが紹介されています。

テラヘルツ技術で働く科学者が直面する最大の課題の1つは、「強力なテラヘルツ源」として一般に受け入れられているものが、たとえば電球と比較すると、かすかでかさばることです。多くの場合、非線形結晶などの非常にエキゾチックな材料が必要なため、扱いにくく高価です。この要件は、センサーや超高速通信などの他のテクノロジーとの統合にロジスティック上の課題をもたらします。

サセックスチームは、非常に薄い材料（約25原子層）からテラヘルツ波源を開発することにより、これらの制限を克服しました。電子グレードの半導体に2種類のレーザー光を照射し、それぞれが異なる周波数（または色）で振動することにより、テラヘルツ放射の短いバーストの放出を引き出すことができました。

この科学的進歩は、2000年代初頭に、2色レーザーに基づくテラヘルツ光源の最初のデモンストレーション以来、この分野で働く科学者によって長い間求められてきました。窒素、アルゴン、クリプトンなどの特殊なガス混合物に基づく2色テラヘルツ波源は、現在入手可能な最高の性能を発揮する線源の1つです。電子技術で広く使用されている半導体は、このタイプのテラヘルツ生成メカニズムではほとんど手の届かないところにあります。