Zespół japońskich naukowców opracował rozwiązanie, pozwalające na precyzyjną manipulację falami terahercowymi przy pomocy meta-soczewek (ang. metalens) zintegrowanych z rezonansową diodą tunelową (RTD). W pracy, opublikowanej w czasopiśmie Applied Physics Express, sprawdzone zostało, czy stworzona soczewka kolimacyjna, która w przybliżeniu przekształca sferyczne fale terahercowe na fale równoległe, może być zamontowana w niewielkiej odległości od tego urządzenia elektronicznego.

Fale terahercowe wypromieniowane (a) przez pojedynczą rezonansową diodę tunelową (RTD), (b) przez RTD zintegrowane z meta-soczewką kolimacyjną, (c) terahercowa soczewka kolimacyjna, (d) meta-atom składający się z parami symetrycznie ustawionych ciętych metalowych drutów. Źródło: Kota Endo i in. Resonant tunneling diode integrated with metalens for high-directivity terahertz waves, Applied Physics Express (2021).

Promieniowanie terahercowe zaliczane jest do fal radiowych o bardzo dużych częstościach, a ilość informacji przesyłanej na fali rośnie właśnie wraz z jej częstością.  Obecnie pracuje się więc nad technologiami łączności nie tylko 5G, ale również 6G, 7G, które zapewniłyby możliwość przekazywania większej ilości informacji, zwiększyłyby również liczbę dostępnych adresów. Takie rozwiązanie pozwoliłyby także na lepsze ukierunkowanie wysyłanych danych, precyzyjnie określając odbiorcę.
W przyszłości teraherce będą więc umożliwiały błyskawiczne transfery dużych ilości danych na niewielkich odległościach – zapewnią na przykład większą prędkość internetu domowego, a hotspoty ustawiane w miejscach publicznych (na przykład lotniska, stacje) pozwolą chociażby na szybkie ściągnięcie filmu czy ebooka przed podróżą.

Przedstawione opracowanie nowej technologii może być także początkiem dynamiczniejszego wzrostu miniaturyzacji urządzeń opartych na THz. Naukowcy bazowali na swoim wcześniejszym projekcie, w którym stworzyli ultra cienki interfejs – metapowierzchnię o niskim współczynniku odbicia i wysokim współczynniku załamania, pozwalający na manipulację falami elektromagnetycznymi (w szczególności terahercami). Umożliwił on zastąpienie tradycyjnych trójwymiarowych soczewek, dwuwymiarowymi komponentami.

Zrozumienie idei działania opisywanego układu z meta-soczewką ułatwiają ilustracje zawarte w publikacji: dioda RTD przesyła fale terahercowe o odpowiedniej częstotliwości i we właściwym kierunku (rys. a),  a dzięki meta-soczewce ich dalsza propagacja odbywa się równolegle (rys.b).

„W swojej pracy zestawiliśmy ze sobą w odległości 1 mm metasoczewki kolimacyjne, wyprodukowane z naszej oryginalnej metapowierzchni oraz RTD. Pomiary weryfikują, że taki układ trzykrotnie poprawia kierunkowość sygnału w porównaniu do pojedynczej diody. (…) i oscyluje z częstotliwością 0.312 THz.” – piszą w swojej publikacji badacze.

Otrzymywane przez nich wartości są obiecujące w kontekście przyszłych aplikacji 6G.

Więcej informacji: Kota Endo et al, Resonant tunneling diode integrated with metalens for high-directivity terahertz waves, Applied Physics Express (2021). DOI: 10.35848/1882-0786/ac0678