Терагерцовый барьер: Создан способ создания дешевых ТГц-чипов

Терагерцовый барьер: Создан способ создания дешевых ТГц-чипов

Сверхбыстрые электромагнитные импульсы продолжительностью в одну миллионную часть миллионной доли секунды «обузданы» группой ученых из США.

Created_US_Scientists_Teraherts_Chip_Help_See_Through_Matter_Bursting_Modern_TechnologiesСогласно обнародованной на страницах научно-популярного издания «Журнал о твердотельных схемах» (IEEE Journal of Solid State Circuits) информации, специалистам из Университета Принстона удалось решить одну из основополагающих проблем дальнейшего развития микроэлектроники — ученые в буквальном смысле сумели с помощью доступных и недорогих средств преодолеть терагерцовый барьер, создав по-настоящему уникальную и перспективную связку из передающего и принимающего микрочипов с ТГц-волнами. Размер приемника и передатчика поистине фантастический — он с легкостью умещается на подушечке человеческого пальца, при этом перспективы, раскрывающиеся перед многими сферами мировой промышленности, просто не поддаются подсчету. Чтобы их оценить, потребуется вспомнить о возможностях, которые обеспечивает процесс управления волновыми процессами. Одно из них — способность «просветить» любой предмет, включая человеческую ткань, на основе полученных данных составив четкую картину о структуре и составе «просвеченного» материала. Именно так работает спектроскопия, основанная на использовании параметров световых волн, которая помогает анализировать материалы с высокой долей точности, как это, например, делает человеческий глаз. Визуально видимая часть электромагнитного спектра — лишь малая толика из того, что можно «пощупать» с помощью сверхкоротких волн.

Стоит отметить, что позволяющее работать с терагерцовыми волнами оборудование существует на рынке достаточно давно, однако его стоимость, дополненная технологическими сложностями при организации массового или штучного производства, превышает любые разумные пределы. Американским специалистам — ассистенту профессора кафедры электротехники Кошику Сенгупта и докторанту Принстонского Университета в области электротехники Сюэ Ву, автору публикации о разработанном способе создания ТГц-чипа, удалось значительно удешевить производственный процесс. По словам соавторов изобретения, полученный ими микрочип, способный отправлять и принимать сверхкороткие волны на небольшое расстояние, при налаживании массового производства будет обходиться покупателям в «считанные доллары», что сопоставимо со стоимостью чипов для сегмента носимой электроники. Более того, — разработку американцев с легкостью можно внедрять в уже готовые технологические решения для смартфонов и планшетов, — интеграция ТГц-чипа в микросхему мобильного процессора, имеющего архитектуру «все-в-одном», является весьма простой и осуществимой задачей. Другим направлением для применения терагерцовых волн в доступном исполнении становится медицина — в отличие от рентгеновского облучения, ТГц-волны используют для собственного «перемещения» несоизмеримо меньшие объемы энергии, что исключает повреждение человеческих тканей, органов и структуры ДНК. Но главное преимущество таких волн — способность проникать сквозь непроводящий материал, который невозможно «просветить» имеющимися в арсенале современных технологов техническими средствами.

Созданные учеными из США терагерцовые чипы помогут «заглядывать» сквозь одежду или в невидимые для применяемого сегодня таможенниками и спецслужбами спецоборудования ящики для перевозки грузов, что автоматически открывает перспективу еще одного направления для использования разработки американцев. О том, как с помощью сверхкоротких волн можно выяснить химический состав обследуемого объекта, известно уже давно — отправленные передатчиком сигналы после отражения от материала принимаются приемником и анализируются на предмет искажений. При отражении от материала с определенной структурой происходит корректировка сигнала, сообщающая о свойствах и характеристиках «обнаруженного» волнами объекта. Именно в этом направлении, если верить заявлениям соавторов изобретения, создавшие сверхдешевый ТГц-чип специалисты из Принстона рассчитывают двигаться в дальнейшем. По словам Сенгупты, «использование световых волн для анализа различных материалов является одним из самых перспективных и наиболее сложных применений для терагерцовой технологии». О принципе «работы» ТГц-микрочипа ученые рассказали на страницах научного журнала, полностью расписав особенности функционирования разработанного ими чипа.

Так, стало известно способе, с помощью которого электротехникам из США удалось преодолеть терагерцовый барьер с использованием сверхдешевых компонентов. Чтобы отказаться от применения громоздких терагерцовых генераторов, зачастую превышающих в размерах привычные для потребителей легковые автомобили, а также очень дорогих в производстве и эксплуатации сверхбыстрых лазеров, составляющих основу для гигагерцовых технологий, разработчики значительно упростили уже имеющиеся схемы генерации и анализа ТГц-волн. Для этого они создали сверхмалый ТГц-генератор и миниатюрное устройство, способное принимать и интерпретировать возвращающиеся после облучения объекта волны. Размер полученного чипа исчисляется считанными миллиметрами, позволяя уже сейчас оценить объемы затрат на их серийный выпуск — при массовых заказах стоимость микрочипов едва превысит несколько американских долларов, значительно удешевляя перспективную технологию. Само технологическое решение, позволяющее работать с терагерцовыми волнами на столь дешевом оборудовании, оказалось простым до безобразия — вместо создания сверхсложного приемника для ТГц-сигнала выпускники старейшего частного исследовательского университета «рассматривают» оставляемую ТГц-волнами на внутренней структуре микрочипа-приемника «картинку», интерпретируя ее для получения нужных сведений о «просвеченном» материале.

Отмечается, что при взаимодействии с металлической структурой чипа ТГц-волны создают очень сложное распределение электромагнитных полей, остающихся уникальными для возвращающегося сигнала. Получаемые таким образом «узоры» становятся своеобразной «подписью» для идентифицируемых волн, значительно упрощая саму технологию идентификации — получать необходимый результат можно с помощью крошечных устройств, интегрированных внутрь более крупного микрочипа. Сенгупта подчеркнул, что «вместо непосредственного чтения волн мы интерпретируем узоры, которые создаются ТГц-волнами», что соответствует «чтению разбегающихся от упавшей дождевой капли колебаний на воде».

Андрей Александров