الاختراق يأخذنا خطوة أقرب إلى Real-World Terahertz Technologies
اكتشف العلماء تأثيرًا جديدًا في الأنظمة الموصلة ثنائية الأبعاد التي تعد بتحسين أداء أجهزة الكشف التي تيراهيرتز.
يتيح اكتشاف فيزيائي حديث في أنظمة موصلة ثنائية الأبعاد نوعًا جديدًا من مكشاف تيراهيرتز.
يمكن لترددات تيراهيرتز ، التي تقع بين الميكروويف والأشعة تحت الحمراء على طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي، أن تتيح تقنيات تصوير أسرع وأكثر أمانًا وفعالية، فضلاً عن اتصالات لاسلكية عالية السرعة.
أعاق الافتقار إلى الأجهزة الفعالة في العالم الحقيقي هذه التطورات، لكن هذا الاختراق الجديد يقربنا خطوة واحدة من هذه التقنيات المتقدمة.
اكتشف فريق من العلماء في مختبر كافنديش مع زملائهم في جامعتي أوغسبورغ (ألمانيا) ولانكستر تأثيرًا فيزيائيًا جديدًا عندما تتعرض أنظمة إلكترونية ثنائية الأبعاد لموجات تيراهيرتز.
“حقيقة أن مثل هذه التأثيرات يمكن أن توجد داخل غازات إلكترونية عالية التوصيل ثنائية الأبعاد بترددات أقل بكثير لم يتم فهمها حتى الآن، لكننا تمكنا من إثبات ذلك تجريبيًا.” – فلاديسلاو ميشيلو
للبدء، ما هي موجات التيراهيرتز؟ “نتواصل باستخدام الهواتف المحمولة التي تنقل إشعاع الميكروويف ونستخدم كاميرات الأشعة تحت الحمراء للرؤية الليلية.
تيراهيرتز هو نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يقع بين الموجات الميكروية والأشعة تحت الحمراء، كما يوضح البروفيسور ديفيد ريتشي، رئيس مجموعة فيزياء أشباه الموصلات في مختبر كافنديش بجامعة كامبريدج، “ولكن في الوقت الحالي، هناك نقص في مصادر وأجهزة الكشف عن هذا النوع من الإشعاع، والتي من شأنها أن تكون رخيصة وفعالة وسهلة الاستخدام. وهذا يعيق الاستخدام الواسع النطاق لتقنية التيراهيرتز “.
كان الباحثون من مجموعة فيزياء أشباه الموصلات، جنبًا إلى جنب مع باحثين من بيزا وتورينو في إيطاليا، أول من أظهر، في عام 2002، تشغيل الليزر بترددات تيراهيرتز ، وهو ليزر شلال كمي.
منذ ذلك الحين، واصلت المجموعة البحث في فيزياء تيراهيرتز والتكنولوجيا، وتقوم حاليًا بالتحقيق في أجهزة تيراهيرتز الوظيفية وتطويرها، والتي تتضمن المواد الفوقية لتشكيل المُعدِّلات، فضلاً عن أنواع جديدة من أجهزة الكشف.
عرض فلاديسلاو ميشيلو الجهاز في غرفة الأبحاث وكاشف تيراهيرتز بعد التصنيع. الائتمان: فلاديسلاو ميشيلو
إذا تم حل مشكلة عدم وجود أجهزة قابلة للاستخدام، يمكن أن يكون لإشعاع تيراهيرتز العديد من التطبيقات المفيدة في مجالات الأمن وعلوم المواد والاتصالات والطب.
على سبيل المثال، تسمح موجات تيراهيرتز بتصوير الأنسجة السرطانية التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.
يمكن توظيفها في أجيال جديدة من ماسحات المطارات الآمنة والسريعة التي تجعل من الممكن التمييز بين الأدوية والعقاقير غير المشروعة والمتفجرات، ويمكن استخدامها لتمكين الاتصالات اللاسلكية الأسرع بما يتجاوز أحدث التقنيات.
إذن، ما هو الاكتشاف الأخير؟ يقول الدكتور Wladislaw Michailow ، زميل أبحاث مبتدئ في Trinity College Cambridge: “كنا نطور نوعًا جديدًا من مكشاف تيراهيرتز ، ولكن عند قياس أدائه، اتضح أنه أظهر إشارة أقوى بكثير مما ينبغي توقعه نظريًا. لذلك توصلنا إلى تفسير جديد “.
هذا التفسير، كما يقول العلماء، يكمن في طريقة تفاعل الضوء مع المادة. عند الترددات العالية، تمتص المادة الضوء على شكل جسيمات مفردة – فوتونات.
هذا التفسير، الذي اقترحه أينشتاين لأول مرة، شكل أساس ميكانيكا الكم وكان قادرًا على شرح التأثير الكهروضوئي.
هذا الاستثارة الضوئية الكمومية هي الطريقة التي تكتشف بها الكاميرات الضوء في هواتفنا الذكية؛ إنه أيضًا ما يولد الكهرباء من الضوء في الخلايا الشمسية.
يتكون التأثير الكهروضوئي المعروف من إطلاق الإلكترونات من مادة موصلة – معدن أو أشباه موصلات – عن طريق الفوتونات الساقطة. ف
ي الحالة ثلاثية الأبعاد، يمكن طرد الإلكترونات إلى الفراغ بواسطة الفوتونات في نطاق الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة السينية، أو إطلاقها في عازل في منتصف الأشعة تحت الحمراء إلى النطاق المرئي.
تكمن الحداثة في اكتشاف عملية الإثارة الضوئية الكمومية في نطاق تيراهيرتز ، على غرار التأثير الكهروضوئي.
يوضح فلاديسلاف، المؤلف الأول للدراسة، “حقيقة أن مثل هذه التأثيرات يمكن أن توجد داخل غازات إلكترونية عالية التوصيل ثنائية الأبعاد بترددات أقل بكثير لم يتم فهمها حتى الآن، لكننا تمكنا من إثبات ذلك تجريبيًا”.
تم تطوير النظرية الكمية للتأثير بواسطة زميل من جامعة أوجسبورج بألمانيا، تقدم العلم.
وأطلق الباحثون على هذه الظاهرة اسم “التأثير الكهروضوئي داخل الطائرة”. في الورقة المقابلة، وصف العلماء العديد من الفوائد لاستغلال هذا التأثير لاكتشاف التيراهيرتز.
على وجه الخصوص، حجم الاستجابة الضوئية الناتجة عن إشعاع تيراهيرتز الحادث بواسطة “التأثير الكهروضوئي داخل الطائرة” أعلى بكثير مما هو متوقع من الآليات الأخرى التي كان معروفًا حتى الآن أنها تؤدي إلى استجابة ضوئية تيراهيرتز.
وبالتالي، يتوقع العلماء أن هذا التأثير سيمكن من تصنيع كواشف تيراهيرتز بحساسية أعلى بكثير.
ويخلص البروفيسور ريتشي إلى أن “هذا يقربنا خطوة واحدة من جعل تقنية التيراهيرتز قابلة للاستخدام في العالم الحقيقي”.
المصدر: scitechdaily
شاهد المزيد:
