导读 　　

　　据EPFL官方网站近日报道，EPFL研究团队开发出一种纳米器件，其速度比目前最快的晶体管快10倍。该装置可以产生高功率太赫兹波。众所周知，太赫兹波虽然可以用于从成像到感知到高速无线通信的一系列领域，但是产生起来比较困难。该装置的高功率皮秒运行也为癌症治疗等一些先进的医疗技术带来了巨大的希望。 　　

　　背景 　　

　　太赫兹(THz)波是一种电磁波，频率在100GHz到10THz之间，介于微波和红外之间。 　　

　　(来源：维基百科) 　　

　　太赫兹波具有穿透性强、安全性高、方向性好、带宽宽、时空分辨率高等技术优势。它可以穿透纸张、衣服、木头和墙壁，还可以检测空气污染。 　　

　　用太赫兹技术成像一本合上的书的页面(来源：Barmak Heshmat) 　　

　　太赫兹波源可以彻底改变安防和医学成像系统，此外，它还可以携带大量用于更快的无线通信。 　　

　　太赫兹通信系统(图片来源：荷兰奈梅亨大学) 　　

　　太赫兹波是一种非电离辐射，这意味着它不会危害人体健康。这项技术已经在一些机场用于扫描乘客和检测危险物品和物质。 　　

　　太赫兹安检成像示意图(图片来自网络) 　　

　　虽然太赫兹波的前景看似光明，但目前仍然没有得到广泛应用，因为它价格昂贵，需要庞大笨重的设备来生产。 　　

　　创新 　　

　　近日，EPFL在瑞士洛桑研发的一项新技术将改变这一切。在Elison Matioli教授的领导下，位于功率和宽带隙电子研究实验室(POWERlab)的团队建造了一个纳米设备(1纳米等于百万分之一毫米)。该装置可以产生皮秒(一皮秒等于万亿分之一秒)的极高功率信号，从而产生高功率太赫兹波。 　　

　　(来源：EPFL) 　　

　　这项技术可以安装在芯片或柔性材料上，甚至未来可以安装在智能手机和其他手持设备上。这项研究的第一作者是POWERlab的博士生Mohammad Samizadeh Nikoo，相关论文发表在期刊《自然（Nature）》上。 　　

　　技术 　　

　　这种廉价的全电子微型纳米器件可以通过微型太赫兹波源立即产生高强度的太赫兹波。它的工作模式是在一皮秒内产生强大的“火花”。这种“火花”具有从10伏(或更低)到100伏的电压尖峰。这种设备可以几乎连续不断地产生这种“火花”，这意味着它每秒钟可以发出高达5000万个信号。当安装在天线上时，该系统可以产生并发射高功率太赫兹波。 　　

　　该装置由两块紧密贴在一起的金属板组成，它们之间的距离低至20纳米。当施加电压时，电子冲向其中一个极板，在那里形成纳米等离子体。一旦电压达到某一阈值，电子几乎立即被发射到第二板。这种快速转换实现的快速运动产生了高强度脉冲，可以产生高频波。 　　

　　传统电子设备的开关速度只能达到1伏/皮秒，对于产生大功率太赫兹波来说太慢了。 　　

　　这种新的纳米设备速度快十倍，可以产生高能量和高频率的脉冲。马蒂奥利说：“一般来说，不可能让这两个变量都达到高值。高频半导体器件的尺寸是纳米级的，它们只能承受几伏的电压。同时，大功率器件太大太慢，无法产生太赫兹波。我们的计划是用最新的纳米级制造技术重新审视旧的等离子领域，从而提出一种可以突破这些限制的新设备。” 　　

　　价值 　　

　　马蒂奥利说，新设备将所有变量推到了极限值：“你通常不会在同一个句子中听到‘高频’、‘高功率’和‘纳米级’这三个词。” 　　

　　萨米扎德说：“一方面，这些纳米设备带来了非常高水平的简单性和低成本；另一方面，他们也表现出色。此外，它们可以与晶体管等其他电子器件集成。就这些特性而言，纳米等离子体可以为超高速电子器件领域塑造一个不一样的未来。” 　　

　　这项技术除了产生太赫兹波，还有更广泛的应用。马蒂奥利补充说：“我们非常肯定更多的创新应用将会出现。” 　　

　　关键字 　　

　　纳米器件，太赫兹，天线 　　

　　参考资料 　　

　　[1]穆罕默德萨米扎德尼科、阿明贾法里、尼尔马纳佩雷拉、朱明华、乔瓦尼桑托鲁沃、埃利森马蒂奥利。Nanoplasma-enabled picosecond switches for ultrafast electronics。自然，2020；579 (7800): 534 　　

　　【2】https://actu . epfl . ch/news/a-纳米尺度的能透视墙壁的装置/