Plasmoneita ja tekoälyä terahertsitutkimuksiin

Tohokun yliopiston tutkijaryhmä on kehittänyt nopean ja herkän terahertsiaaltojen ilmaisimen, joka toimii huoneenlämmössä, mikä tasoittaa tietä seuraavan sukupolven 6G/7G-teknologian kehitykselle.

Nykyisten viestintänopeuksien parantaminen perustuu terahertseihin. THz-aaltojen nopea ja herkkä havaitseminen on haastavaa tavanomaisille elektroniikka- tai fotonipohjaisille puolijohdelaiteille.

Tässä vaiheessa kaksiulotteiset plasmonit tulevat kuvaan mukaan. Plasmonit ovat elektronien virittyneitä tiloja, jotka osoittavat nestemäistä käyttäytymistä. Niiden epälineaariset tasasuuntausvaikutukset, jotka johtuvat näistä niiden käyttäytymismalleista ja niiden nopea vaste (joita ei rajoita elektronien siirtoaika) tekevät niistä lupaavan tavan havaita THz-aaltoja huoneenlämpötilassa.

Tutkijoiden InGaAs HEMT transistorissa on kaksiulotteinen elektronikanava, jossa kollektiiviset varaustiheyskvantit, eli kaksiulotteiset plasmonit esiintyvät.

Sitä hyödyntäen uusi tunnistusmenetelmä yhdisti 2D-plasmonien perinteisen pystysuoran hydrodynaamisen epälineaarisen tasasuuntausvaikutuksen ja pystysuoran diodivirran epälineaarisuuden.

Temppu ratkaisi myös dramaattisesti nopeiden moduloitujen signaalien useiden heijastusten aiheuttaman aaltomuodon vääristymän – kriittinen ongelma tavanomaisissa 2D-plasmoneihin perustuvissa ilmaisimissa.

Korean Ulsanissa toimivan UNIST-yliopiston Hyong-Ryeol Parkin johtama tutkijaryhmä on puolestaan ottanut käyttöön teknologian, joka pystyy vahvistamaan terahertsisiä sähkömagneettisia aaltoja yli 30 000 -kertaisesti.

Yhteistyössä Tennesseen yliopiston Joon Sue Leen ja Oak Ridge National Laboratoryn Mina Yoonin kanssa tutkimusryhmä optimoi THz-nanoresonaattorin onnistuneesti erityisesti 6G-viestintää varten käyttämällä kehittynyttä optimointitekniikkaa.

Fysikaaliseen teoreettiseen malliin perustuvaa tekoälyoppimista integroimalla tiimi on mahdollistanut tehokkaan THz-nanoresonaattorien suunnittelun henkilökohtaisissa tietokoneisissa, mikä oli aiemmin aikaa vievää ja vaativaa jopa supertietokoneiden kanssa.

Aiheesta aiemmin:

Metapinta-antenni 6G:lle ja meta-atomeja