Uma equipe liderada pelos físicos Alexander Holleitner e Reinhard Kienberger da TUM conseguiu pela primeira vez gerar pulsos elétricos ultracurtos em um chip usando antenas de metal com apenas alguns nanômetros de tamanho. Os pulsos de comprimento de femtossegundo da bomba de laser (esquerda) geram pulsos elétricos no chip na faixa de frequência terahertz. Com o laser certo, a informação é lida novamente. Crédito:Christoph Hohmann / NIM, Holleitner / TUM
Uma equipe chefiada pelos físicos da TUM Alexander Holleitner e Reinhard Kienberger conseguiu pela primeira vez gerar pulsos elétricos ultracurtos em um chip usando antenas de metal com apenas alguns nanômetros de tamanho, em seguida, passar os sinais alguns milímetros acima da superfície e lê-los novamente de maneira controlada. A tecnologia permite o desenvolvimento de novos, componentes terahertz poderosos.
A eletrônica clássica permite frequências de até cerca de 100 gigahertz. A optoeletrônica usa fenômenos eletromagnéticos a partir de 10 terahertz. Este intervalo intermediário é conhecido como lacuna de terahertz, já que componentes para geração de sinal, a conversão e a detecção têm sido extremamente difíceis de implementar.
Os físicos Alexander Holleitner e Reinhard Kienberger da TUM conseguiram gerar pulsos elétricos na faixa de frequência de até 10 terahertz usando minúsculos, as chamadas antenas plasmônicas e executá-las em um chip. Os pesquisadores chamam as antenas de plasmonic se sua forma amplifica a intensidade da luz nas superfícies de metal.
A forma assimétrica das antenas é importante. Um lado das estruturas metálicas nanométricas é mais pontudo do que o outro. Quando um pulso de laser focado na lente excita as antenas, eles emitem mais elétrons em seu lado pontiagudo do que nos planos opostos. Uma corrente elétrica flui entre os contatos - mas apenas enquanto as antenas estiverem excitadas com a luz laser.
"Em fotoemissão, o pulso de luz faz com que os elétrons sejam emitidos do metal para o vácuo, "explica Christoph Karnetzky, autor principal do Natureza estude. "Todos os efeitos de iluminação são mais fortes no lado nítido, incluindo a fotoemissão que usamos para gerar uma pequena quantidade de corrente. "
Imagem eletronmicroscópica do chip com antenas plasmônicas assimétricas de ouro sobre safira. Crédito:A. Holleitner / TUM
Os pulsos de luz duraram apenas alguns femtossegundos. Os pulsos elétricos nas antenas eram correspondentemente curtos. Tecnicamente, a estrutura é interessante porque as nanoantenas podem ser integradas em circuitos terahertz com meros vários milímetros de diâmetro. Desta maneira, um pulso de laser de femtossegundo com uma frequência de 200 terahertz poderia gerar um sinal terahertz ultracurto com uma frequência de até 10 terahertz nos circuitos do chip, de acordo com Karnetzky.
Os pesquisadores usaram safira como material do chip porque ela não pode ser estimulada opticamente e, portanto, não causa interferência. De olho em aplicações futuras, eles usaram lasers de comprimento de onda de 1,5 mícron implantados em cabos de fibra ótica de internet tradicionais.
Holleitner e seus colegas fizeram outra descoberta surpreendente:os pulsos elétricos e de terahertz eram não linearmente dependentes da potência de excitação do laser. Isso indica que a fotoemissão nas antenas é desencadeada pela absorção de vários fótons por pulso de luz.
"Tão rápido, pulsos não lineares no chip não existiam até agora, "diz Alexander Holleitner. Utilizando esse efeito, ele espera descobrir efeitos de emissão de túnel ainda mais rápidos nas antenas e usá-los para aplicações de chips.
