Профессор Сколтеха и его немецкие коллеги представили чрезвычайно маленькую и плоскую антенну для приёма и передачи терагерцевых волн — сигналов в перспективном диапазоне электромагнитного спектра, который подходит для беспроводной связи, досмотра пассажиров, онкоскрининга, обследования челюсти, контроля качества продуктов питания и технической продукции.
Сложность состоит в том, что ТГц-устройства нуждаются в миниатюризации, прежде чем они смогут найти широкое применение. Недавно опубликованное в журнале Scientific Reports исследование делает важный вклад в решение этой проблемы.
«Сегодня терагерцевые устройства, весьма громоздкие, можно найти в лабораториях, на производстве, в некоторых аэропортах, больницах, обсерваториях, — рассказывает первый автор исследования Шихаб Аль-Дафайе, доцент практики Сколтеха. — Чтобы реализовать новые, ещё более захватывающие приложения, нужно переместить терагерцевые технологии из лабораторий в дома и в руки обычных людей. А для этого потребуется радикальная миниатюризация».
Именно в этом направлении и работают Аль-Дафайе и его коллеги: их цель — ТГц-устройства и системы «на кончиках пальцев».
«Почти в 90% терагерцевых систем используются громоздкие кремниевые линзы диаметром около 10 мм и толщиной около 6 мм, — продолжает Аль-Дафайе. — Никаких устройств на кончике пальца с этой штуковиной не получится. Но мы нашли способ от неё избавиться».
Представленная в новой статье антенна имеет толщину всего 0,3 мм, то есть она в 20 раз тоньше, чем неуклюжая кремниевая линза, от которой страдает большинство таких устройств. «Но дело не только в меньшем размере, — объясняет Аль-Дафайе. — В нашем случае можно поместить ТГц-устройство прямо на плоскую антенну, интегрировав их в единую систему. Прежде приходилось располагать устройство на линзе, то есть мы имели дело в каком-то смысле с устройством в устройстве, а теперь всё — на одной платформе».
Результат такой интеграции — при сохранении важных характеристик устройству нужно намного меньше оптической мощности, а значит не требуются массивные лазеры и излучающую сигнал антенну можно расположить очень близко к принимающей. «Их можно обе уместить на кончике карандаша», — говорит Аль-Дафайе, подчёркивая, что с ранее доступной технологией эквивалентом этой системы были бы два отдельных устройства, размером по полметра каждое (рис. 1).
Рисунок 1. Благодаря разработанной технологии, вместо двух больших устройств ту же функциональность обеспечивает интегрированная система, которая помещается на кончике ручки. Источник: Шихаб Аль-Дафайе и др./Scientific Reports
«Где могло бы применяться такое миниатюрное устройство? Например, в анализе клеток, жидкостей или газов, — рассказывает учёный. — Скажем, можно было бы с его помощью проверять качество молока: капля оказывается между двумя антеннами, передатчик отправляет ТГц-волны на приёмник, сигнал по пути модулируется веществом, в нашем случае молоком, что и позволяет определить состав. Причём вы помните: терагерцевый диапазон удобен для беспроводной связи, так что прелесть в том, что та же самая антенна может затем передать результаты анализа на смартфон или куда вам надо».
___
В исследовании приняли участие учёные из Сколтеха, Дармштадтского технического университета и Университета Касселя.
*****
Сколтех — негосударственный международный университет. Созданный в 2011 году в сотрудничестве с Массачусетским технологическим институтом (MIT), Сколтех готовит новое поколение лидеров в области науки, технологий и бизнеса, проводит исследования в прорывных областях и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром. Сколтех развивает шесть приоритетов: искусственный интеллект и коммуникации, науки о жизни и здоровье, прорывная инженерия и передовые материалы, энергоэффективность и ESG, фотоника и квантовые технологии, перспективные исследования. Усилия Сколтеха призваны способствовать укреплению технологического превосходства России в приоритетных направлениях. Сайт: https://www.skoltech.ru/.
