Saksa ning Jaapani teadlased on koostööna välja arendanud resoneerival tunneldioodil (resonant-tunneling diode) põhineva kiibi, mis suudab toatemperatuuril toota 1.111 THz (1012 Hz) sagedusega raadiolaineid. Tegemist on vastava seadmeklassi uue sagedusrekordiga. Suhteliselt odava pooljuhtseadme abil on näiteks võimalik luua paremaid läbivalgustusseadmeid.
Darmstadti resoneeriv tunneldiood edastab raadiosignaale sagedusega 1.11 THz (1012 Hz). Pildil asub diood horisontaalse V otsas, paistes lainelise joonena.
1012 sageduspiirkond, mille lainepikkus varieerub 0.1 – 1 mm vahel, on suhteliselt uus tööpõld. Millimeetrist väiksema lainepikkusega kiirgust tootvad seadmed on klassikaliselt kohmakad ja kallid. Lisaks suudavad osad neist, näiteks kvantkaskaadlaserid, töötada vaid krüogeensetel temperatuuridel.
Paljud materjalid, muuhulgas ka kangad, on terahertsise valguse poolt kergesti läbistatavad, mistõttu on vastavad seadmed kasutusel lennujaamades ja teistes kõrgeid turvanõudeid järgivates asutustes. Lisaks kasutatakse lühikesi lainepikkusi pideva lahutusega spektroskoopias (time domain spectroscopy), millega on võimalik peegelduva valguse faasinihete tõttu uurida vahemaa tagant materjalide keemilist struktuuri. Osade uurijate kohaselt on võimalik teraherts-lainetega välja vahetada meditsiinis kasutatav röntgenkiirgus. Mida kõrgem on lainepikkus, seda parem on saadavate kujutiste resolutsioon, mis on ülioluline näiteks mammograafias.
Eelmist sagedusrekordit hoidis Jaapani NTT Fotoonikalabor ning Tokyo
Lähem vaade Darmstatis valmistatud 44 µm pikkusega resoneerivale tunneldioodile.
tehnoloogiainstituut. 2010. aastal oli nende poolt valmistatud seade võimeline kiirgama 1.04 THz laineid väljundvõimsusega 7 µW (10-6 W). Saksamaal välja töötatud seadme väljundvõimsus on aga 0.1 µW.
Resoneeriv-tunneldiood koosneb kahe isoleeriva kihi vahele mahutatud kvantkaevust (quantum well). Isoleerivad kihid on ühenduses dopeeritud InGaAs pooljuhtidega, mis moodustavad kiirguri emitteri ning kollektori, käitudes elektronreservuaaridena. Pinge rakendamisel kvantkaevule liiguvad elektronid emitterilt kollektorile. Tekkiv pinge ja voolu suhe on mittelineaarne. Esialgse pinge kasvades suureneb ka vool, ent alates teatud nivoost muutub seadme diferentsiaalne juhtivus (differential conductance) negatiivseks ning vool langeb järsult. Ühendades seadme resonaatoriga on eelkirjeldatud protsessi abil võimalik saavutada resonants, mis on kiirgusprotsessi aluseks.
Väljundvõimsus on küll madal, ent mõlema riigi töörühmad on edumeelsed ning arvavad, et dioodi struktuuri peenhäälestus võib võimsust ja sagedust veelgi tõsta. Sageduspiiriks arvatakse 2 THz, võimsuse piiriks aga 10 µW. Praktiliste rakenduste jaoks piisab isegi Darmstati dioodi 0.1 µW võimsusest. Kiibi signaali on mõõdetud kuni meetri kauguselt, mis on pildistamiseks piisav.
Sedavõrd kõrge sagedusega kiirgusel on suur ribalaius, mis võimaldaks kasu lõigata ka raadiotehnikal. Probleemiks on tugev neeldumine atmosfääris.
Londoni Ülikooli professori Michael Pepperi sõnul on resoneeriva-tunneldioodi rakenduspõld arvatust kitsam, sest jääb vajaka mitmes olulises pisiasjas. Näiteks ei ole võimalik töötada impulssrežiimis ega toota jooksvalt muundatavat sagedusspektrit. „Küll aga on võimalik ühel töösagedusel põhinev pildistamis- ning raadiotehnika väheste neeldumiskadudega keskkondades,“ lisab Peppler.
Allikas: IEEE