传统电子学可处理高达约100吉赫兹的频率。光电子学则利用10太赫兹起的电磁现象。由于产生、转换和检测信号的器件极难实现,因此这一中间频率范围被称为“太赫兹鸿沟”。.
慕尼黑工业大学 (TUM) 的物理学家 Alexander Holleitner 和 Reinhard Kienberger 成功地利用微型等离子体天线在芯片上产生频率高达 10 太赫兹的电脉冲。研究人员称这些天线为等离子体天线,因为它们的形状能够放大金属表面上的光强度。.
非对称天线 天线
的形状至关重要。它们是非对称的:纳米级金属结构的一侧比另一侧更尖。当聚焦在透镜上的激光脉冲激发天线时,它们从尖侧发射的电子比从相对的平面发射的更多。触点之间会流过电流,但只有在天线被激光激发时才会发生。“在光电发射过程中,光脉冲会使电子从金属发射到真空中,”《自然》论文的第一作者克里斯托夫·卡内茨基解释说。“所有光照效应在尖侧都更强,包括我们用来产生少量电流的光电发射。”
超短太赫兹信号:
光脉冲持续时间仅为几飞秒。因此,天线中的电脉冲也很短。从技术角度来看,这种结构尤其引人注目,因为纳米天线可以集成到直径仅几毫米的太赫兹电路中。据卡内茨基(Karnetzky)称,这样一来,频率为200太赫兹的飞秒激光脉冲就可以在芯片电路中产生频率高达10太赫兹的超短太赫兹信号。
研究人员选用蓝宝石作为芯片材料,因为它不能被光刺激,因此不会产生干扰。展望未来的应用,他们采用了传统光纤网络电缆中部署的1.5微米波长激光器。.
一项惊人的发现。
霍莱特纳和他的同事们又有了一项惊人的发现:电脉冲和太赫兹脉冲都与所用激光器的激发功率并非线性相关。这表明天线中的光电发射是由每个光脉冲吸收多个光子触发的。“此前,芯片上从未出现过如此快速的非线性脉冲,”亚历山大·霍莱特纳说道。他希望利用这一效应,在天线中发现速度更快的隧道发射效应,并将其应用于芯片领域。
