Наноструктуры позволяют создать на кристалле световолновой электронный смеситель частот!

Представьте себе, как работает телефонный звонок: ваш голос преобразуется в электронные сигналы, повышается на более высокие частоты, передается на большие расстояния, а затем снова понижается, чтобы его можно было четко услышать на другом конце провода. Процесс, обеспечивающий такое смещение частот сигнала, называется смешиванием частот, и он важен для таких коммуникационных технологий, как радио и Wi-Fi. Смесители частот являются жизненно важными компонентами многих электронных устройств и обычно работают на частотах, которые колеблются от миллиардов (ГГц, гигагерц) до триллионов (ТГц, терагерц) раз в секунду..

разработке новых миниатюрных световолновых электронных схем, способных обрабатывать оптические сигналы непосредственно на наноуровне.

В 1970-х годах ученые начали изучать способы расширения электронного смешения частот до терагерцового диапазона с помощью диодов. Хотя эти первые усилия были многообещающими, прогресс застопорился на десятилетия. Однако в последнее время достижения в области нанотехнологий вновь активизировали эту область исследований. Исследователи обнаружили, что крошечные структуры, такие как кончики игл нанометровой длины и плазмонные антенны, могут функционировать аналогично тем ранним диодам, но на гораздо более высоких частотах.

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Science Advances Мэтью Юнгом, Лу-Тин Чоу, Марко Турчетти, Феликсом Ритцковски, Карлом К. Берггреном и Филиппом Д. Китли из Массачусетского технологического института, продемонстрировало значительный шаг вперед. Они разработали электронный смеситель частот для обнаружения сигналов, который работает на частотах выше 0,350 ФГц, используя крошечные наноантенны. Эти наноантенны могут смешивать разные частоты света, позволяя анализировать сигналы, колеблющиеся на порядки быстрее, чем самые быстрые, доступные традиционной электронике.

Хотя это исследование было сосредоточено на характеристике световых импульсов различной частоты, исследователи предполагают, что подобные устройства позволят создавать схемы с использованием световых волн. Это устройство с полосой пропускания, охватывающей несколько октав, может предоставить новые способы исследования сверхбыстрых взаимодействий света и материи, ускоряя развитие технологий сверхбыстрых источников.

Эта работа не только расширяет границы возможностей обработки оптических сигналов, но и устраняет разрыв между областями электроники и оптики. Объединив эти две важные области исследований, данное исследование прокладывает путь к новым технологиям и приложениям в таких областях, как спектроскопия, визуализация и связь, что в конечном итоге расширяет наши возможности исследовать и манипулировать сверхбыстрой динамикой света.