Terahertz teknolojisi soğuktan kaçar

Terahertz teknolojisi soğuktan kaçar
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın

[ad_1]

Terahertz teknolojisi soğuktan kaçar

Termoelektrik olarak soğutulmuş THz quantum kaskad lazerinde bir lazer sırtının şeması. Kredi: Faist grubu, ETH Zürih

Terahertz (THz) radyasyonu, tamamen açılmaya dirençli bir hazine sandığı gibidir. Kızılötesi ve mikrodalga bölgeler arasındaki elektromanyetik spektrumda yerleşik olan THz radyasyonu, uygulamalar için ideal olan çeşitli özellikleri bir araya getirir. Moleküller ve katılarla ilgili benzersiz spektroskopik bilgilere bir pencere sağlar, tekstil ve biyolojik doku gibi iletken olmayan malzemelere nüfuz edebilir ve incelenen nesneyi veya konuyu iyonlaştırıcı olmadan ve dolayısıyla zarar vermeden yapar. Bu, diğer uygulamaların yanı sıra, invazif olmayan görüntüleme ve tahribatsız kalite kontrolü için ilgi çekici umutlar yaratmaktadır. Ancak, potansiyel kullanımlar için fikirlerde hiçbir sıkıntı olmamasına rağmen, bunların uygulanması THz radyasyonu oluşturmak ve tespit etmek için pratik teknolojilerin eksikliği ile engellenmektedir.

Bu nedenle, Lorenzo Bosco, Martin Franckié ve ETH Zürih'in Kuantum Elektroniği Enstitüsü'ndeki Jérôme Faist grubundan meslektaşlarının heyecanı 210 K (-63 ° C) sıcaklıkta çalışan THz kuantum kaskad lazerin gerçekleştiğini bildirdi. Bu tür bir cihaz için şu ana kadar elde edilen en yüksek işletme sıcaklığıdır. Daha da önemlisi, bu, böyle bir cihazın çalışmasının ilk kez kriyojenik soğutuculara ihtiyaç duyulmayan bir sıcaklık rejiminde gösterilmesidir. Bunun yerine, Bosco ve ark. kriyojenik ekipmandan çok daha kompakt, daha ucuz ve bakımı daha kolay olan bir termoelektrik soğutucu kullandı. Bu ilerlemeyle, çeşitli pratik uygulamalara giden rotadaki ana engelleri kaldırdılar.

Uygulamalara yönelik bir basamak

Kuantum kaskadlı lazerler (QCL'ler) uzun zamandır THz cihazları için doğal bir konsept olarak kurulmuştur. Görünürden kızılötesi frekans bölgesinde ışık kaynakları olarak yaygın olarak kullanılan birçok lazer gibi, QCL'ler yarı iletken malzemelere dayanır. Ancak, örneğin barkod okuyucularda veya lazer pointerlerde kullanılan tipik yarı iletken lazerlere kıyasla, QCL'ler ışık emisyonunu elde etmek için temelde farklı bir konsepte göre çalışırlar. Kısacası, bunlar, içinde uygun elektronik geçişler olacak şekilde tasarlanmış, kesin olarak tasarlanmış yarı iletken yapıların (bkz. Şekil, panel c) tekrarlanan yığınları etrafında inşa edilirler (panel d).

QCL'ler 1971'de önerildi, ancak ilk önce sadece 1994'te Faist ve arkadaşları tarafından gösterildi, ardından Bell Laboratuvarlarında (ABD) çalıştı. Bu yaklaşım, temel olarak infrared bölgede olmak üzere hem temel hem de uygulamalı geniş bir deney yelpazesinde değerini kanıtlamıştır. THz emisyonu için QCL'lerin geliştirilmesi, 2001'den itibaren de önemli gelişmeler kaydetti. Yaygın kullanım, büyük ölçüde karmaşıklık ve maliyet katan ve cihazları büyük ve daha az hareketli hale getiren kriyojenik soğutucular (tipik olarak sıvı helyum) gerekliliği nedeniyle engellendi. THz QCL'lerin daha yüksek sıcaklıklarda çalışmasına yönelik ilerleme, yedi yıl önceki cihazların yaklaşık 200 K (-73 ° C) sıcaklıkta çalışmasının sağlandığı noktaya sıkışmış durumda.

Terahertz teknolojisi soğuktan kaçar

a) Lazer bir Peltier elemanının (beyaz kare) üzerine monte edilmiş, lazer üst kapaktaki pencereden dikey olarak yayılan 195 K ve 210.5 K arasında çalışmayı sağlayan termoelektrik soğutmalı lazer kutusu. b) Lazer kutusuna monte edilmiş olan lazer çipi, birkaç lazer sırtının üzerine yapıştırılmış ince altın tellerle temas eder. c) Bir lazer sırtının şeması; Yatay çizgiler, katmanlı yarı iletkenlerin oluşturduğu kuantum kuyu yapısını gösterir. Sırt (150 mikrometre genişliğinde) ince bakır tabakaları arasına sıkıştırılmıştır. d) Elektron yoğunluğu renkli olarak gösterilen enerjide çözülmüş olarak uygulanan işlem yanlılığı tarafından eğilmiş iletken bant kenarı (beyaz çizgiler). Elektrik önyargısı, elektronları kesikli okla gösterilen ışıma dışı geçişlerden geçirir. Bu durum, durumu, yeşil okla gösterilen geniş yuvadaki durumdan daha fazla nüfus haline gelen ve oyuk terahertz fotonların net uyarılmış net emisyonuna izin veren ince oyuklara pompalar. Kredi: Faist grubu, ETH Zürih

Bariyer geçti

200 K'ya ulaşmak etkileyici bir başarıydı. Bununla birlikte, bu sıcaklık, kriyojenik tekniklerin termoelektrik soğutma ile değiştirilebildiği yerin hemen altındadır. Rekor sıcaklığın 2012'den bu yana hareket etmediği, aynı zamanda bir tür 'psikolojik engelin' artmaya başladığı anlamına geliyordu – bu alandaki çoğu THZ QCL'lerinin her zaman kriyojenik bir soğutucu ile birlikte çalışması gerektiğini kabul etmeye başladı.

ETH ekibi şimdi bu engeli yıktı. Yazma Uygulamalı Fizik Mektupları210 ° K'ye kadar olan sıcaklıklarda çalışan, termoelektrik olarak soğutulmuş THz QCL'yi sunarlar. Ayrıca, yayılan lazer ışığı bir oda sıcaklığı detektörü ile ölçülebilecek kadar güçlüydü. Bu, tüm kurulumun kriyojenik soğutma olmadan çalıştığı ve pratik uygulamalar için yaklaşım potansiyelini daha da güçlendirdiği anlamına gelir.

Bosco, Franckié ve iş arkadaşları, ilişkili iki başarıdan dolayı 'soğutma bariyerini' kaldırmayı başardılar. Öncelikle, QCL'lerinin tasarımında, periyod başına iki kuantum kuyusu temel alınarak mümkün olan en basit birim yapıyı kullanırlar (bkz. Şekil d, panel d). Bu yaklaşımın daha yüksek çalışma sıcaklıklarına doğru bir yol olduğu bilinmektedir, ancak aynı zamanda bu iki kuyucuklu tasarım, yarı iletken yapıların geometrisindeki en küçük değişikliklere karşı son derece hassastır. Bir parametreye göre performansı optimize etmek, diğerine göre bozulmaya neden olabilir. Sistematik deneysel optimizasyon uygulanabilir bir seçenek olmadığı için, sayısal modellemeye güvenmeleri gerekiyordu.

Bu, grubun önemli ilerleme kaydettiği ikinci alandır. Yakın tarihli bir çalışmada, deneysel olmayan Green'in fonksiyon modeli olarak bilinen bir yaklaşımı kullanarak karmaşık deneysel QCL cihazlarını doğru şekilde simüle edebildiklerini tespit etmişlerdir. Hesaplamalar güçlü bir bilgisayar kümesinde yapılmalıdır, ancak sistematik olarak en uygun tasarımları aramak için kullanılabilecek kadar verimlidirler. Grubun, cihazların özelliklerini doğru bir şekilde tahmin edebilme ve cihazları kesin özelliklere göre üretebilme yeteneği, onlara termoelektrik soğutma ile ulaşılabilecek sıcaklıklarda tutarlı bir şekilde çalışan bir dizi lazerin gerçekleştirilmesi için araçlar verdi (şekil, paneller a ve b). Ve yaklaşım hiçbir şekilde bitmedi. Faist grupta operasyonel sıcaklığı daha da arttırmak için fikirler var ve ön sonuçlar ümit verici görünüyor.

THz boşluğunu doldurmak

Kriyojenik soğutma olmadan çalışan bir terahertz kuantum kaskadlı lazerin ilk gösterimi, uzun zamandır mikrodalga ve kızılötesi radyasyon için olgun teknolojiler arasında var olan 'THz boşluğunu' doldurma yönünde önemli bir adım teşkil etmektedir. Hareketli parçaları veya dolaşım sıvıları içermeyen, şimdi ETH fizikçilerinin tanıttığı termoelektrik olarak soğutulmuş THz QCL'ler, 'THZ hazine sandığı' kapağını daha da kaldırarak, uzman laboratuarların sınırları dışında daha kolay uygulanabilir ve korunabilir.


Kirişin dengelenmesi: Termomekanik mikromakin terahertz radyasyonu tespit eder


Daha fazla bilgi:
L. Bosco ve arkadaşları, 210 K'a kadar çalışan termoelektrik soğutmalı THz quantum kaskad lazer, Uygulamalı Fizik Mektupları (2019). DOI: 10.1063 / 1.5110305

alıntı:
                                                 Terahertz teknolojisi soğuktan kaçar (2019, 10 Temmuz)
                                                 10 Temmuz 2019 tarihinde alındı
                                                 https://phys.org/news/2019-07-terahertz-technology-cold.html adresinden

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan herhangi bir dürüst işlem dışında,
                                            Bölüm, yazılı izin olmadan çoğaltılabilir. İçerik sadece bilgi amaçlıdır.

[ad_2]

Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »