Terahertz nell' Elettronica di nuova generazione

Terahertz nell' Elettronica di nuova generazione

 

Scritto da , il 18/02/15

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I nanosensori compatti, sensibili e veloci sono considerati un po' un "Santo Graal" da molti ricercatori in tutto il mondo. E ora un team di scienziati in Italia e Francia è stato ispirato dai nanomateriali e ha creato una piattaforma tecnologica che apre la porta all'uso di Terahertz (THz) fotonica in una vasta gamma di applicazioni.

Le misure delle proprietà dielettriche dei materiali sono oggetto di numerosi studi a causa delle loro implicazioni in svariati settori applicativi. La capacità di monitorare in modo non distruttivo e in tempo reale la risposta dei materiali a campi elettromagnetici alle frequenze delle microonde e dei terahertz fornisce utili informazioni riguardanti diversi parametri fisici e chimici del materiale analizzato. Per un orientamento specifico del campo elettrico e una fissata frequenza di lavoro, le proprietà elettromagnetiche di una sostanza possono essere correlate a grandezze fisiche quali temperatura, concentrazione, pressione, umidità, stress meccanico, struttura molecolare, e così via.

Da una nuova generazione di body scanner al controllo degli alimenti, al monitoraggio ambientale: l'utilizzo di Terahertz potrebbe rivoluzionare l'elettronica perché la lunghezza d'onda supera quella della luce visibile, compresa tra l'infrarosso e le microonde, finora irraggiungibile. La radiazione Terahertz ha uno spettro tra i 300 GHz e i 3 THz, corrispondente all'intervallo di lunghezza d'onda submillimetrica tra 1 millimetro (la più alta frequenza delle microonde) e 100 micrometri. Non è visibile dall'occhio umano, avendo lunghezza d'onda maggiore di quella da esso percepibile (spettro visibile).

Descritto sulla rivista APL Materials, il dispositivo che sfrutta Terahertz è stato realizzato dal gruppo di ricerca guidato da Miriam Serena Vitiello, dell'Istituto di Nanoscienze del Coniglio Nazionale delle Ricerche (Cnr) e della Scuola Normale Superiore di Pisa.

Negli ultimi dieci anni, la ricerca sui materiali ha svolto un ruolo fondamentale nel colmare le lacune legate all'utilizzo di Terahertz, a cominciare con lo sviluppo di THz laser a cascata quantica, che si basano molto su semiconduttori costruiti con nanomateriali artificiali. Lo sviluppo della spettroscopia THz ha ampliato la gamma di potenti strumenti per la caratterizzazione di una vasta gamma di materiali, tra cui semiconduttori unidimensionali o bidimensionali, biomolecole e grafene.

 
Terahertz
Terahertz
 

Il pezzo mancante? Una tecnologia di rilevamento complementare in grado di soddisfare le esigenze applicative di THz in settori quali la diagnostica biomedica, la sicurezza, il patrimonio culturale, e le comunicazioni wireless per il trasferimento dati ad alta velocità. Le applicazioni della nuova tecnologia sono molteplici: oltre ai controlli di sicurezza sui passeggeri e al monitoraggio di sostanze tossiche, esplosivi o agenti biologici o chimici, si possono eseguire controlli di qualità su farmaci e cibi. Infatti, analizzando il modo in cui materiali e sostanze gassose interagiscono con la radiazione Terahertz, è possibile ottenere le loro 'impronte digitali' e svelarne la composizione.

I nuovi dispositivi permettono di ottenere una sorta di 'radiografia' alle onde Terahertz in modo sicuro, non invasivo e a basso costo. "I nostri rivelatori operano a temperatura ambiente con prestazioni già competitive con le migliori tecnologie disponibili sul mercato, tanto che stiamo pensando di realizzare uno spin off per l'eventuale commercializzazione" ha detto alla'Ansa Serena Vitiello, dell'Istituto di Nanoscienze del Coniglio Nazionale delle Ricerche (Cnr) e della Scuola Normale Superiore di Pisa. Il Terahertz ''e' una regione dello spettro elettromagnetico con importantissime ripercussioni applicative, può penetrare materiali come carta e tessuti normalmente opachi alla luce, ed è una radiazione non invasiva dunque senza rischi per la salute'".

La radiazione Terahertz non è ionizzante e condivide, con le microonde, la capacità di attraversare una quantità di materiali che non conducono elettricità. La radiazione può attraversare i vestiti, la carta, il cartone, il legno, il cemento, la plastica e la ceramica. Non può attraversare l'acqua e i metalli.

Nel campo dell'industria alimentare e agricoltura sarà possibile prevedere i tassi di riscaldamento quando i materiali sono esposti a campi a elevata intensità, determinazione del contenuto di umidità, conservazione degli alimenti, verifica della qualità dei prodotti, ecc.. Nel campo della Medicina e industria farmaceutica, si potranno caratterizzare tessuti, sperimentare farmaci, caratterizzare solventi, reazioni chimiche, ecc.; Nel campo della Industria elettronica si potranno caratterizzare substrati, circuiti stampati, ecc.

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