Terahertz Dalgaları Soyut Kavramı

Ruonan Han, elektronik devrelerin sınırlarını zorlamaya çalışıyor.

Ruonan Han’ın araştırması, iletişim, algılama ve güvenlikte yeni uygulamaları mümkün kılmak için mikro elektronik devrelerin hızlarını artırıyor.

Han, yakın zamanda görev yapan bir doçenttir. İLE BİRLİKTEElektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü, “terahertz boşluğu” olarak bilinen şeyi köprülemek amacıyla çok yüksek frekanslarda verimli çalışan yarı iletkenler üretmeye odaklanıyor.

Mikrodalgalar ve kızılötesi ışık arasında uzanan elektromanyetik spektrumun terahertz bölgesi, geleneksel elektronik cihazlar terahertz dalgalarını manipüle etmek için çok yavaş olduğu için araştırmacıları büyük ölçüde atlattı.

Ruonan Han

Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü’nde doçent olan Ruonan Han, terahertz frekanslarında verimli çalışabilmeleri için elektronik cihazların sınırlarını zorlamayı amaçlamaktadır. Kredi bilgileri: M. Scott Brauer

“Geleneksel olarak terahertz, araştırmacılar için keşfedilmemiş bir bölge olmuştur, çünkü frekans açısından, elektronikçiler için çok yüksek ve fotonik insanlar için çok düşük” diyor. “Bu frekanslara ulaşabilen cihazların malzemeleri ve hızları konusunda çok fazla sınırlamamız var, ancak oraya vardığınızda çok şaşırtıcı şeyler oluyor.”

Örneğin, terahertz frekans dalgaları katı yüzeylerde hareket edebilir ve içeride ne olduğuna dair çok hassas, yüksek çözünürlüklü görüntüler üretebilir, diyor Han.

Radyo frekansı (RF) dalgaları yüzeylerde de yayılabilir — Wi-Fi yönlendiricinizin bilgisayarınızdan farklı bir odada olmasının nedeni budur. Ancak terahertz dalgaları radyo dalgalarından çok daha küçüktür, dolayısıyla onları ileten ve alan cihazlar da daha küçük olabilir.

Han’ın ekibi, Mühendislik Okulu dekanı ve Vannevar Bush Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Profesörü olan işbirlikçisi Anantha Chandrakasan ile birlikte, yakın zamanda, ancak 1 milimetre kare büyüklüğünde bir terahertz frekans tanımlama (TFID) etiketi gösterdi.

“Herhangi bir harici antene ihtiyacı yok, bu yüzden esasen süper ucuz, süper küçük bir silikon parçası ve yine de normal bir RFID etiketinin yapabileceği işlevleri sunabiliyor. Çok küçük olduğu için artık hemen hemen istediğiniz herhangi bir ürünü etiketleyebilir ve üretim tarihi vb. gibi lojistik bilgileri takip edebilirsiniz. Bunu daha önce yapamazdık, ancak şimdi bir olasılık haline geldi” diyor.

Ayarlamak

Basit bir radyo, Han’a mühendislik yapması için ilham verdi.

Çin’in kuzey sınırı boyunca uzanan bir eyalet olan İç Moğolistan’da bir çocukken, devre şemalarıyla dolu kitaplara ve baskılı devre kartları yapmak için kendin yap ipuçlarına göz attı. İlkokul öğrencisi daha sonra kendi kendine bir radyo yapmayı öğrendi.

“Bu elektronik bileşenlere çok fazla yatırım yapamadım ya da onları kurcalamak için çok fazla zaman harcayamadım, ancak tohumun ekildiği yer orasıydı” diyor. “Nasıl çalıştığının tüm ayrıntılarını bilmiyordum, ancak açıp tüm bileşenlerin birlikte çalıştığını gördüğümde gerçekten inanılmazdı.”

Ruonan Han MİT

Han, öğrencilerin zorlu görünen sorunları üstlenmekten korkmadıkları ve kendi alanlarında inanılmaz araştırmalar yapan meslektaşlarıyla işbirliği yapabileceği MIT’de olmaktan memnun. Kredi bilgileri: M. Scott Brauer

Han, Şanghay’daki Fudan Üniversitesi’nde yarı iletken fiziği, devre tasarımı ve mikrofabrikasyona odaklanan mikroelektronik okudu.

Silikon Vadisi teknoloji şirketlerindeki hızlı gelişmeler, Han’a bir ABD yüksek lisans okuluna kaydolması için ilham verdi. Yüksek lisans derecesini alırken Florida üniversitesi, şimdi Han’ın araştırmasını yürüten terahertz entegre devrelerinin öncüsü olan Kenneth O’nun laboratuvarında çalıştı.

“O zamanlar terahertz, silikon çipler için ‘çok yüksek’ olarak kabul ediliyordu, bu yüzden birçok insan bunun çılgın bir fikir olduğunu düşündü. Ama ben değil. Onunla çalışabildiğim için kendimi gerçekten şanslı hissettim” diyor Han.

Bu araştırmaya Cornell Üniversitesi’nde doktora öğrencisi olarak devam etti ve burada silikon çiplerin terahertz alanında üretebileceği gücü güçlendirmek için yenilikçi teknikler geliştirdi.

“Cornell danışmanım Ehsan Afshari ile farklı silikon çip türleri denedik ve çok yüksek frekanslarda çalışmasını sağlamak için birçok matematik ve fizik ‘hack’i geliştirdik” diyor.

Çipler küçülüp daha hızlı hale geldikçe, Han onları sınırlarını zorladı.

terahertz’i erişilebilir kılmak

Han, 2014 yılında EECS fakültesine yardımcı doçent olarak katıldığında bu yenilikçi ruhu MIT’ye getirdi. Artık pratik uygulamalara göz atarak silikon çiplerin performans sınırlarını zorluyordu.

“Amacımız sadece elektronik üzerinde çalışmak değil, aynı zamanda bu elektroniklerin sağlayabileceği uygulamaları keşfetmek ve bu uygulamaların fizibilitesini göstermek. Araştırmamın özellikle önemli bir yönü, sadece terahertz spektrumuyla uğraşmak istemiyoruz, onu erişilebilir kılmak istiyoruz. Bunun sadece laboratuvarlarda olmasını değil, herkes tarafından kullanılmasını istiyoruz. Dolayısıyla, bu tür yetenekleri sunabilmek için çok düşük maliyetli, çok güvenilir bileşenlere sahip olmanız gerekiyor” diyor.

Han, kablosuz cihazları 5G’nin ötesine taşıyabilecek hızlı, yüksek hacimli veri aktarımı için terahertz bandının kullanımını araştırıyor. Terahertz bandı kablolu iletişim için de faydalı olabilir. Han kısa süre önce, verileri iki nokta arasında saniyede 100 gigabit hızında iletmek için ultra ince kabloların kullanımını gösterdi.

Terahertz dalgaları ayrıca iletişim cihazlarındaki uygulamalarının ötesinde benzersiz özelliklere sahiptir. Dalgalar, farklı moleküllerin benzersiz hızlarda dönmesine neden olur, bu nedenle araştırmacılar bir maddenin bileşimini ortaya çıkarmak için terahertz cihazlarını kullanabilir.

“Aslında gaz ‘kokusu’ alabilen düşük maliyetli silikon çipler yapabiliriz. Çok düşük yanlış alarmlar ve yüksek hassasiyetle çok çeşitli gaz moleküllerini aynı anda tanımlayabilen bir spektrometre yarattık. Bu, diğer spektrumun iyi olmadığı bir şey ”diyor.

Han’ın ekibi bu çalışmayı, moleküler dönme hızını navigasyon, iletişim ve algılama sistemleri için oldukça kararlı bir elektriksel zamanlama sinyaline dönüştüren bir moleküler saat icat etmek için kullandı. Atomik bir saat gibi çalışmasına rağmen, bu silikon çip daha basit bir yapıya ve büyük ölçüde azaltılmış maliyet ve boyuta sahiptir.

Han, büyük ölçüde keşfedilmemiş alanlarda çalışmanın bu işi özellikle zorlaştırdığını söylüyor. Onlarca yıllık ilerlemeye rağmen, yarı iletken elektroniği hala yeterince hızlı değil, bu nedenle Han ve öğrencileri terahertz cihazları için gereken verimlilik düzeyine ulaşmak için sürekli yenilik yapmalıdır.

Çalışma aynı zamanda disiplinler arası bir zihniyet gerektirir. Kimya ve fizik gibi diğer alanlardaki meslektaşlarla işbirliği yapmak, Han’ın teknolojinin faydalı yeni uygulamalara nasıl yol açabileceğini keşfetmesini sağlar.

Han, öğrencilerin zorlu görünen sorunları üstlenmekten korkmadıkları ve kendi alanlarında inanılmaz araştırmalar yapan meslektaşlarıyla işbirliği yapabileceği MIT’de olmaktan memnun.

“Her gün yeni sorunlarla karşı karşıyayız ve diğer insanların, hatta bu alanda çalışan kişilerin bile süper çılgın olarak kabul edebileceği fikirler hakkında düşünüyoruz. Ve bu alan şu anda emekleme döneminde. Ortaya çıkan birçok yeni malzeme ve bileşen var ve yeni ihtiyaçlar ve potansiyel uygulamalar ortaya çıkmaya devam ediyor. Bu sadece başlangıç. Önümüzde duran çok büyük fırsatlar olacak” diyor.





#Terahertz #Dalgalarından #Yararlanarak #Yeni #Nesil #Elektronik #Cihazlar #Geliştirme