Un dispositif semi-conducteur prometteur à la fois pour générer et détecter un rayonnement térahertz a été démontré par des physiciens du RIKEN. Cela peut aider au développement de solutions intégrées hautes performances pour les applications d'imagerie et de détection térahertz ainsi que pour les applications à haute vitesse, systèmes de communication sans fil de nouvelle génération.

Les rayonnements térahertz sont des ondes électromagnétiques dont les fréquences sont comprises entre 0,1 et 10 térahertz. Il se situe entre les micro-ondes et le rayonnement infrarouge sur le spectre électromagnétique. Cette gamme a été surnommée l'écart térahertz car elle a été sous-utilisée dans les applications par rapport à d'autres régions du spectre, qui ont été largement utilisés dans de nombreuses applications.

L'une des raisons pour lesquelles le rayonnement térahertz n'a pas été beaucoup utilisé est qu'il a été traditionnellement difficile de générer et de détecter un rayonnement térahertz. Mais ces dernières années ont vu de nombreuses avancées dans ce domaine, et le rayonnement térahertz suscite de l'intérêt pour l'imagerie à des fins médicales et de sécurité aéroportuaire, ainsi que pour les systèmes de communication sans fil qui utilisent des ondes térahertz au lieu de micro-ondes comme vecteur d'information.

Alors que les dispositifs à semi-conducteurs connus sous le nom d'oscillateurs à diodes à effet tunnel (RTD) sont utilisés comme émetteurs térahertz depuis de nombreuses années, Yuma Takida et Hiroaki Minamide du RIKEN Center for Advanced Photonics ont maintenant montré qu'ils peuvent également détecter le rayonnement térahertz à température ambiante.

"Notre résultat démontre que les oscillateurs RTD térahertz peuvent être utilisés comme détecteurs sensibles d'ondes térahertz, " dit Takida. " Cela promet d'accélérer le développement de puces uniques d'oscillateur et de détecteur intégrés, qui ouvrira la voie à des applications térahertz dans le monde réel."

La paire RIKEN, qui a collaboré avec Safumi Suzuki et Masahiro Asada du Tokyo Institute of Technology, a fabriqué un RTD qui peut fonctionner dans deux modes de détection. L'un de ces modes était particulièrement sensible à la détection des ondes térahertz, avec des performances rivalisant avec celles des détecteurs à diodes.

« Les RTD ont plusieurs avantages clés par rapport aux autres détecteurs, " note Takida. " Ces avantages incluent une plage dynamique plus large grâce à une résistance à une puissance d'entrée élevée et une sensibilité plus élevée à température ambiante. Par ailleurs, nous avons montré qu'un seul dispositif RTD peut être utilisé à la fois comme oscillateur et comme détecteur à des fréquences térahertz."

Takida dit que la demande croissante de technologie térahertz et les progrès de la technologie des semi-conducteurs ont rendu le travail possible.

L'équipe prévoit que l'optimisation de la conception permettra de fabriquer des dispositifs fonctionnant n'importe où dans la région de 0,1 à 2 térahertz. Les travaux futurs se concentreront sur l'amélioration de la sensibilité de leur détecteur RTD et la démonstration de solutions intégrées pour le mélange hétérodyne à large bande à des fréquences térahertz.