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导读
据瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）官网近日报道，该校研究团队开发出一款比现今最快速的晶体管快10倍的纳米器件。该器件可以生成大功率的太赫兹波。众所周知，虽然太赫兹波可以应用于从成像到感知再到高速无线通信的一系列领域，但却难以生成。该器件的大功率皮秒操作，也为某些先进的医疗技术例如癌症治疗带来了巨大的希望。
背景
太赫兹（THz）波，是频率范围在100GHz到10THz之间，介于微波与红外线之间的电磁波。
（图片来源：维基百科）
太赫兹波具有穿透性强、安全性高、定向性好、带宽大、时间与空间分辨率高等技术优势，可以穿透纸张、衣服、木头和墙壁，也可以检测空气污染。
用太赫兹技术对一本合上的书中的书页内容进行成像（图片来源：Barmak Heshmat）
太赫兹波源可以彻底改变安全和医学成像系统，此外还可以携带海量的数量，进行更快速的无线通信。
太赫兹通信系统（图片来源：荷兰内梅亨大学）
太赫兹波是一种非电离的辐射，也就是说不会有害人体健康。这项技术已经在某些机场用于扫描乘客和检测危险物品和物质。
太赫兹安检成像示意图（图片来源于网络）
尽管太赫兹波的前景似乎一片光明，但是目前仍然没有得到广泛使用，原因就是造价昂贵且需要大而笨重的设备来产生。
创新
近日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）开发的一项新技术将改变这一切。位于电力与宽带隙电子研究实验室（POWERlab）的团队，在 Elison Matioli 教授的领导下，打造了一款纳米器件（1纳米等于百万分之一毫米）。该器件可以在皮秒（一皮秒等于一万亿分之一秒）内生成极高功率的信号，从而生成大功率的太赫兹波。
（图片来源：EPFL）
这项技术可安装到芯片或者柔性材料上，未来甚至可安装到智能手机和其他手提式设备上。这项研究的第一作者是 POWERlab 的博士研究生 Mohammad Samizadeh Nikoo，相关论文发表在《自然（Nature）》杂志上。
技术
这款便宜的全电子小型纳米器件，通过一个微型太赫兹波源，立刻生成高强度的太赫兹波。其工作方式是在一皮秒内生成一个强大的“电火花”，这个“电火花”具有从10伏（或者更低）到100伏的电压尖峰。该设备能够几乎连续地生成这种“火花”，这意味着每秒可发出高达5千万个信号。当安装在天线上时，该系统可以产生并发射大功率太赫兹波。
该器件由两块紧密靠近的金属板组成，它们之间的距离低至20纳米。当施加电压时，电子涌向其中一块板，在那里形成纳米等离子体。一旦电压达到某个阈值，电子几乎立刻射向第二块板。用如此快速的切换实现的这种迅速移动，创造出了一个可以产生高频波的高强度脉冲。
传统电子器件的切换速度仅能达到每皮秒1伏，这对于生成大功率太赫兹波来说太慢。
这款新型纳米器件，速度快十倍，可生成既高能量又高频率的脉冲。Matioli 表示：“通常来说，让这两个变量都达到很高的值是不可能的。高频半导体器件的尺寸是纳米级的，它们只能承受住几伏的电压。与此同时，大功率器件，对于生成太赫兹波来说显得太大太慢。我们方案是用最新的纳米级制造技术重新访问老旧的等离子体场，从而提出一种可以突破这些限制的新器件。”
价值
Matioli 称新器件将所有的变量都推向了极限值：“你通常不会在同一个句子中听到‘高频率’、‘大功率’和‘纳米级’这些词汇。”
Samizadeh 表示：“从一方面说，这些纳米器件带来了极高水平的简单性和低成本，从另一方面说，也展示了卓越的性能。此外，它们可以与其他的电子器件例如晶体管集成到一起。就这些特性而言，纳米等离子体可以为超高速电子器件领域塑造一个不同的未来。”
这项技术除了生成太赫兹波以外还有更为广泛的应用。Matioli 补充道：“我们非常肯定会有更多的创新应用到来。”
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发表于 2020-3-30 09:15:31