Mae ymchwilwyr wedi datblygu sglodion hynod denau gyda chylched ffotonig integredig y gellid ei ddefnyddio i fanteisio ar y bwlch terahertz fel y'i gelwir – sy'n gorwedd rhwng 0.3-30THz yn y sbectrwm electromagnetig – ar gyfer sbectrosgopeg a delweddu.
Ar hyn o bryd mae'r bwlch hwn yn rhyw fath o barth marw technolegol, gan ddisgrifio amleddau sy'n rhy gyflym ar gyfer dyfeisiau electroneg a thelathrebu heddiw, ond yn rhy araf ar gyfer cymwysiadau opteg a delweddu.
Fodd bynnag, mae sglodion newydd y gwyddonwyr bellach yn eu galluogi i gynhyrchu tonnau terahertz gydag amledd, tonfedd, osgled a chyfnod wedi'u teilwra. Gallai rheolaeth fanwl gywir o'r fath alluogi defnyddio ymbelydredd terahertz ar gyfer cymwysiadau'r genhedlaeth nesaf yn y meysydd electronig ac optegol.
Mae'r gwaith, a gynhaliwyd rhwng EPFL, ETH Zurich a Phrifysgol Harvard, wedi'i gyhoeddi ynCyfathrebu Natur.
Esboniodd Cristina Benea-Chelmus, a arweiniodd yr ymchwil yn y Labordy Ffotonig Hybrid (HYLAB) yn Ysgol Beirianneg EPFL, er bod tonnau terahertz wedi'u cynhyrchu mewn labordy o'r blaen, mae dulliau blaenorol wedi dibynnu'n bennaf ar grisialau swmp i gynhyrchu'r amleddau cywir. Yn lle hynny, mae defnydd ei labordy o'r gylched ffotonig, wedi'i gwneud o lithiwm niobate ac wedi'i ysgythru'n fân ar raddfa nanometr gan gydweithwyr ym Mhrifysgol Harvard, yn creu dull llawer mwy syml. Mae defnyddio swbstrad silicon hefyd yn gwneud y ddyfais yn addas i'w hintegreiddio i systemau electronig ac optegol.
“Mae cynhyrchu tonnau ar amleddau uchel iawn yn hynod heriol, ac ychydig iawn o dechnegau sydd a all eu cynhyrchu gyda phatrymau unigryw,” eglurodd. “Rydym bellach yn gallu peiriannu union siâp amserol tonnau terahertz – i ddweud yn y bôn, 'Rwyf eisiau tonffurf sy'n edrych fel hyn.'”
I gyflawni hyn, dyluniodd labordy Benea-Chelmus drefniant sianeli'r sglodion, a elwir yn dywyswyr tonnau, yn y fath fodd fel y gellid defnyddio antenâu microsgopig i ddarlledu tonnau terahertz a gynhyrchir gan olau o ffibrau optegol.
“Mae’r ffaith bod ein dyfais eisoes yn defnyddio signal optegol safonol yn fantais wirioneddol, oherwydd mae’n golygu y gellir defnyddio’r sglodion newydd hyn gyda laserau traddodiadol, sy’n gweithio’n dda iawn ac sy’n cael eu deall yn dda iawn. Mae’n golygu bod ein dyfais yn gydnaws â thelathrebu,” pwysleisiodd Benea-Chelmus. Ychwanegodd y gallai dyfeisiau bach sy’n anfon ac yn derbyn signalau yn yr ystod terahertz chwarae rhan allweddol mewn systemau symudol chweched genhedlaeth (6G).
Ym myd opteg, mae Benea-Chelmus yn gweld potensial penodol ar gyfer sglodion lithiwm niobad wedi'u miniatureiddio mewn sbectrosgopeg a delweddu. Yn ogystal â bod yn an-ïoneiddio, mae tonnau terahertz yn llawer is o ran ynni na llawer o fathau eraill o donnau (megis pelydrau-x) a ddefnyddir ar hyn o bryd i ddarparu gwybodaeth am gyfansoddiad deunydd - boed yn asgwrn neu'n baentiad olew. Felly, gallai dyfais gryno, an-ddinistriol fel y sglodion lithiwm niobad ddarparu dewis arall llai ymledol i dechnegau sbectrograffig cyfredol.
“Fe allech chi ddychmygu anfon ymbelydredd terahertz drwy ddeunydd sydd o ddiddordeb i chi a’i ddadansoddi i fesur ymateb y deunydd, yn dibynnu ar ei strwythur moleciwlaidd. Hyn i gyd o ddyfais sy’n llai na phen matsis,” meddai hi.
Nesaf, mae Benea-Chelmus yn bwriadu canolbwyntio ar addasu priodweddau tywyswyr ton ac antenâu'r sglodion i beiriannu tonffurfiau ag osgledau mwy, ac amleddau a chyfraddau dirywiad mwy manwl. Mae hi hefyd yn gweld potensial i'r dechnoleg terahertz a ddatblygwyd yn ei labordy fod yn ddefnyddiol ar gyfer cymwysiadau cwantwm.
“Mae yna lawer o gwestiynau sylfaenol i’w trafod; er enghraifft, mae gennym ddiddordeb mewn a allwn ddefnyddio sglodion o’r fath i gynhyrchu mathau newydd o ymbelydredd cwantwm y gellir eu trin ar amserlenni byr iawn. Gellir defnyddio tonnau o’r fath mewn gwyddoniaeth cwantwm i reoli gwrthrychau cwantwm,” daeth i’r casgliad.
Amser postio: Chwefror-14-2023
