Mona Jarrahi, Profesor Teknik Elektro dan Komputer di UCLA Samueli, Komunikasi Alam-Penelitian yang dipublikasikan.

Menemukan cara yang efisien untuk mengubah panjang gelombang cahaya sangat penting untuk meningkatkan banyak teknik pencitraan dan penginderaan. Misalnya, mengubah cahaya datang ke panjang gelombang terahertz memungkinkan pencitraan dan penginderaan dalam lingkungan optik buram. Namun, kerangka kerja konversi sebelumnya tidak efisien dan membutuhkan pengaturan optik yang besar dan kompleks.

Tim yang dipimpin UCLA telah menemukan solusi yang meningkatkan efisiensi konversi panjang gelombang dengan menyelidiki fenomena alam yang umumnya tidak diinginkan yang disebut keadaan permukaan semikonduktor.

Keadaan permukaan terjadi ketika atom permukaan tidak memiliki cukup atom lain untuk berikatan, menyebabkan penghancuran struktur atom. Ikatan kimia yang tidak sempurna ini, juga dikenal sebagai “ikatan menjuntai”, menyebabkan kerusakan pada muatan yang mengalir melalui perangkat semikonduktor dan memengaruhi kinerjanya.

Jarrahi, kepala Laboratorium Elektronika UCLA Terahertz, mengatakan:

Faktanya, ikatan yang tidak sempurna ini menciptakan medan listrik built-in yang dangkal namun besar di seluruh permukaan semikonduktor, sehingga para peneliti memutuskan untuk menggunakan keadaan permukaan untuk meningkatkan konversi panjang gelombang.

Cahaya yang masuk mengenai elektron dalam grid semikonduktor dan dapat memindahkannya ke tingkat energi yang lebih tinggi, di mana mereka bebas untuk terbang di sekitar grid. Medan listrik yang dihasilkan di seluruh permukaan semikonduktor semakin mempercepat elektron energi tinggi yang terfotoeksitasi ini, melepaskan energi ekstra yang diperoleh dengan memancarkannya pada panjang gelombang cahaya yang berbeda dan mengubah panjang gelombang.

Namun, pertukaran energi ini hanya dapat terjadi pada permukaan semikonduktor dan perlu lebih efisien. Untuk mengatasi masalah ini, tim menggabungkan array nanoantenna yang membelokkan cahaya yang datang dan membatasinya dengan ketat di sekitar permukaan dangkal semikonduktor.

“Dengan kerangka kerja baru ini, konversi panjang gelombang menjadi mudah dan tidak perlu menambahkan sumber energi saat cahaya datang melewati medan,” kata penulis utama studi tersebut, yang baru saja menerima gelar PhD di bidang kelistrikan. kata anggota Institut Jarrahi yang lulus dari sekolah tersebut. Teknik dari UCLA Sameri.

Para peneliti telah berhasil mengubah berkas cahaya dengan panjang gelombang 1.550 nanometer menjadi bagian spektrum terahertz, mulai dari 100 mikrometer hingga 1 milimeter. Tim mendemonstrasikan efisiensi konversi panjang gelombang dengan menggabungkan teknologi baru ke dalam probe endoskopi yang dapat digunakan untuk pencitraan in-vivo terperinci dan spektroskopi menggunakan gelombang terahertz.

Tanpa terobosan dalam konversi panjang gelombang ini, tingkat daya optik 100x akan diperlukan untuk mencapai gelombang terahertz yang sama, yang tidak dapat didukung oleh serat optik tipis yang digunakan dalam probe endoskopi. Kemajuan ini dapat diterapkan pada konversi panjang gelombang cahaya di bagian lain dari spektrum elektromagnetik, dari gelombang mikro hingga panjang gelombang inframerah-jauh.

Dua anggota tambahan dari kelompok penelitian Jarrahi, Ping Keng Lu dan Nezih Yardimci, adalah rekan penulis penelitian ini. Rekan penulis lainnya berasal dari Technische Universität Darmstadt di Jerman dan Ames Institute, laboratorium Departemen Energi AS (DOE) yang berafiliasi dengan Iowa State University.

Departemen Riset Angkatan Laut mendukung penelitian tersebut dan DOE memberikan hibah kepada Turan.