Профессор Сколтех и его немецкие коллеги предложили очень маленькую и плоскую антенну для приема и передачи терагерцовых волн — сигналов в перспективном электромагнитном спектре для беспроводной связи, досмотра пассажиров, онкоскрининга, проверки челюстей, контроля качества продуктов питания и технических изделий. Сложность заключается в том, что терагерцовые устройства должны быть миниатюрными, чтобы найти широкое применение. Недавнее исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, вносит важный вклад в решение этой проблемы.
«Сегодня терагерцовые устройства довольно громоздки, их можно найти в лабораториях, на производстве, в некоторых аэропортах, больницах и обсерваториях», — сказал Шихаб Аль-Дафайе, первый автор исследования и доцент практики в Skoll Technologies. — Чтобы создать новые и еще более захватывающие приложения, нам необходимо перенести терагерцовую технологию из лаборатории в дома и руки обычных людей. А это потребует радикальной миниатюризации.
Именно в этом направлении движутся Аль-Дафайе и его коллеги: их цель — терагерцовые устройства и системы, которые будут «на кончиках ваших пальцев».
«Почти в 90% терагерцовых систем используются громоздкие кремниевые линзы диаметром около 10 мм и толщиной 6 мм, — продолжает Аль-Дафайе. — С таким устройством под рукой не окажется ни одного прибора. Но мы нашли способ избавиться от него».
Толщина антенны, показанной в новой работе, составляет всего 0,3 мм, что означает, что она в 20 раз тоньше громоздких кремниевых линз, которыми страдает большинство подобных устройств». Но дело не только в меньшем размере, — объясняет Аль-Дафайе. — В нашем случае терагерцовое устройство можно разместить прямо поверх плоской антенны и объединить их в одну систему. Раньше вам приходилось размещать устройства на объективе, так что в некотором смысле вы имели дело с устройствами внутри устройств, но теперь все находится на одной платформе.
В результате такой интеграции устройство требует гораздо меньшей оптической мощности при сохранении важных функций, что означает отсутствие необходимости в массивном лазере, а передающая антенна может быть размещена очень близко к приемной антенне. «Вы можете разместить все это на кончике карандаша», — говорит Аль-Дафайе, подчеркивая, что при использовании предыдущей технологии эквивалентом этой системы были бы два отдельных устройства, каждое размером в полметра. .
«Где можно использовать такое миниатюрное устройство? Например, при анализе клеток, жидкостей или газов», — говорит ученый. — Например, с его помощью можно проверить качество молока: капля молока помещается между двумя антеннами, передатчик посылает терагерцовые волны на приемник, по пути сигнал модулируется веществом, в этом случае молоко позволяет определить его состав. И вы должны помнить: терагерцовый диапазон способствует беспроводной связи, так что вся прелесть в том, что та же самая антенна может затем передать анализ на ваш смартфон или куда вам нужно».
В исследовании принимали участие ученые из Сколтеха, Технического университета Дармштадта и Университета Касселя.