由TUM物理學(xué)家Alexander Holleitner和Reinhard Kienberger領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)首次成功地使用僅幾納米尺寸的金屬天線在芯片上產(chǎn)生超短電脈沖，然后將信號(hào)運(yùn)行在距離表面幾毫米處并讀取它們?cè)俅我允芸氐姆绞健?/p>

經(jīng)典電子設(shè)備允許頻率高達(dá)約100千兆赫茲。光電子學(xué)使用從10太赫茲開始的電磁現(xiàn)象。其間的這個(gè)范圍被稱為太赫茲間隙，因?yàn)橛糜谛盘?hào)生成，轉(zhuǎn)換和檢測(cè)的組件極難實(shí)現(xiàn)。

TUM物理學(xué)家Alexander Holleitner和Reinhard Kienberger使用微小的所謂等離子體天線在高達(dá)10太赫茲的頻率范圍內(nèi)成功產(chǎn)生電脈沖并將其運(yùn)行在芯片上。研究人員稱天線是等離子體，因?yàn)樗鼈兊男螤顣?huì)放大金屬表面的光強(qiáng)度。

不對(duì)稱天線

天線的形狀很重要。它們是不對(duì)稱的：納米尺寸金屬結(jié)構(gòu)的一側(cè)比另一側(cè)更尖。當(dāng)聚焦透鏡的激光脈沖激發(fā)天線時(shí)，它們?cè)诩舛藗?cè)發(fā)射的電子比在相對(duì)的扁平側(cè)發(fā)射更多的電子。電流在觸點(diǎn)之間流動(dòng) - 但只要天線被激光激發(fā)即可。

“在光電發(fā)射中，光脈沖會(huì)使電子從金屬中發(fā)射到真空中，”Nature工作的第一作者Christoph Karnetzky解釋道。“所有的照明效果都很強(qiáng)，包括我們用來產(chǎn)生少量電流的光電發(fā)射。”

超短太赫茲信號(hào)

光脈沖只持續(xù)了幾個(gè)飛秒。相應(yīng)地短的是天線中的電脈沖。從技術(shù)上講，這種結(jié)構(gòu)特別有趣，因?yàn)榧{米天線可以集成到幾毫米寬的太赫茲電路中。

據(jù)Karnetzky介紹，這種頻率為200太赫茲的飛秒激光脈沖可以在芯片電路中產(chǎn)生頻率高達(dá)10太赫茲的超短太赫茲信號(hào)。

研究人員使用藍(lán)寶石作為芯片材料，因?yàn)樗荒鼙还鈱W(xué)刺激，因此不會(huì)造成任何干擾。著眼于未來的應(yīng)用，他們使用傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)光纖電纜部署的1.5微米波長激光器。

一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)

Holleitner和他的同事們又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)：電子脈沖和太赫茲脈沖都非線性地依賴于所用激光的激發(fā)功率。這表明天線中的光發(fā)射是由每個(gè)光脈沖吸收多個(gè)光子觸發(fā)的。

“迄今為止還沒有這種快速，非線性的片上脈沖，”Alexander Holleitner說。利用這種效應(yīng)，他希望在天線中發(fā)現(xiàn)更快的隧道發(fā)射效應(yīng)并將其用于芯片應(yīng)用。