Thêm một nguồn mới thay thế tia X y khoa

Các nhà khoa học ở Mĩ vừa chế tạo ra một nguồn bức xạ terahertz có thể điều chỉnh mới cung cấp công suất gấp 10.000 lần những dụng cụ trước đây. Không giống như đa số những hệ phát bức xạ terahertz khác, bộ điều hướng mới được chế tạo bằng công nghệ CMOS dùng trong các mạch tích hợp thương mại. Các nhà nghiên cứu hi vọng phương pháp mới của họ có thể cho phép bức xạ terahertz được sử dụng rộng rãi hơn bên ngoài phòng thí nghiệm trong các ứng dụng như máy quét an ninh và viễn thông.

Vì nó có thể đâm xuyên vài mili mét mô nhưng không gây ion hóa, bức xạ terahertz có tiềm năng là một sự thay thế an toàn, phi ion hóa cho tia X y khoa. Nó cũng có thể dùng cho màn hình quét an ninh vì nó có thể đi xuyên qua vải vóc và vì nhiều chất liệu bị cấm như thuốc nổ và thuốc cấm có những dấu vết phổ độc đáo trong vùng terahertz. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng bức xạ terahertz còn có thể dùng cho công nghệ internet không dây băng thông rộng hơn hệ thống hoạt động trên sóng vô tuyến hiện nay.

Bộ điều hướng terahertz mới có thể ứng dụng trong các máy quét an ninh. (Ảnh: iStockphoto/cornishman)

Tuy nhiên, rất khó chế tạo ra những nguồn terahertz thực tế, có thể điều chỉnh, chi phí thấp có thể dễ dàng tích hợp với các dụng cụ điện tử chuẩn hiện nay. Các dụng cụ terahertz điều chỉnh dòng khá đắt tiền và gắn liền với trang thiết bị phòng thí nghiệm như laser electron tự do, laser thác lượng tử hay những chồng tiếp xúc Josephson. Việc phát bức xạ terahertz bằng mạch điện tử bán dẫn thông thường – giống như cách phát sóng vô tuyến – tỏ ra không khả thi vì transistor trong mạch điện tử không thể duy trì một dao động dòng ở tần số terahertz. Người ta có thể tạo ra một tín hiệu điện phát ra dao động trên giới hạn tần số của một mạch điện bằng cách sử dụng bộ nhân tần, nhưng công nghệ hiện nay hết sức hạn chế công suất phát ở tần số terahertz. Hệ quả là không thể tạo ra một nguồn terahertz bán dẫn với công suất phát thậm chí một microwatt, công suất này quá thấp để mà sử dụng.

Nay các nhà khoa học tại trường Đại học Cornell ở Ithaca, New York, vừa thiết kế ra một loại bộ nhân tần mới có thể điều chỉnh khai thác một phương pháp luận điều chỉnh khác về cơ bản so với những dụng cụ trước đây. Hơn nữa, đội khoa học đã chế tạo ra một nguồn terahertz gốc CMOS với công suất phát gấp 10.000 lần các tiền bối của nó. Cơ sở lí thuyết của dụng cụ xây dựng trên sự tự đồng bộ hóa của những dao động tử kết hợp, cho phép mạch điện tạo ra một tần số phát ở một chuỗi họa âm của một tần số cơ bản của mạch điện.

Trong khi các nhà nghiên cứu terahertz khác cảm thấy ấn tượng trước suy nghĩ ban đầu đã đi vào dụng cụ mới, nhưng một số người cho rằng một nguồn terahertz công suất milliwatt có lẽ không đủ mạnh cho các ứng dụng thực tế. “Quan điểm nêu ra là mới và có thể lát đường cho sự triển khai thương mại. Tuy nhiên, hiện nay, ngưỡng điều chỉnh và công suất phát không tạo ra một cuộc cách mạng,” phát biểu của Martin Dressel thuộc trường Đại học Stuttgart ở Đức.

Mark Rodwell thuộc trường Đại học California, Santa Barbara, tán thành rằng dụng cụ có sức hấp dẫn trên lí thuyết hơn là trên thực tế. “Công trình đang báo cáo dưới 1 mW một chút và dưới 300 GHz một chút,” ông nói. “Các sóng vô tuyến hoạt động từ 100 đến 1000 GHz, nếu chúng có ngưỡng hợp lí hay tốc độ dữ liệu thích hợp, sẽ cần phát ra hơn 1 W đáng kể.” Ông kết luận rằng “Các kĩ thuật hoạt động trong công trình này có sức hấp dẫn trí tuệ. Nhưng các mức công suất phát, và hiệu quả năng lượng, thì không có sức hút.”

Nghiên cứu công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

123physics – thuvienvatly.com
Nguồn: physicsworld.com