Технология терагерцевого излучения поможет в разработке портативного медицинского сканера
Исследовав электромагнитные терагерцевые волны, или Т-волны, ученые приблизились к созданию технологии, способной без вреда для здоровья просканировать все тело. Исследователи, опубликовавшие свои результаты в журнале Nature Photonics, говорят, что новые более мощные и более эффективные непрерывные Т-волны можно использовать для создания инновационных диагностических медицинских устройств и однажды будет создано устройство, подобное «трикодер»-сканеру из «Звездного пути».
«Трикодер» из «Звездного пути»
Ученые из Института исследования и разработки материалов (ИИРМ), Научно-исследовательского института технологии (A*STAR) в Сингапуре, и Имперского колледжа Лондона в Великобритании превратили Т-волны в мощный направленный луч, что раньше даже не представлялось возможным. Это прорыв, который должен позволить делать будущие системы ТГц-излучения меньшими, более портативными, более легкими в обращении и намного более дешевыми, чем сегодняшние устройства.
Ученые говорят, что Т-волновой сканер и детектор были бы незаменимы в медицине: Т-волны способны обнаруживать биологические явления, например опухоли. Будущие сканеры могли бы также выполнять быструю беспроводную передачу данных - большие объемы информации об изменениях, которые происходят в организме.
Терагерцевые волны - это волны в части электромагнитного спектра, расположенные между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами, их длина в сотни раз больше тех, которые составляют видимый свет. Такие волны уже используются и в сканерах аэропортов, и экспериментальных медицинских сканирующих устройствах, и в системах спектроскопии для анализа материалов. Т-волны могут «чувствовать» такие молекулы, которые есть в злокачественных опухолях и живых клетках ДНК, так как у каждой молекулы есть своя уникальная сигнатура в диапазоне ТГц. Т-волны могут также использоваться для обнаружения взрывчатых веществ или наркотиков, для контроля загрязнения среды или безопасного тестирования чипов интегральной схемы полупроводника.
Существующие сегодня устройства отображения Т-волн очень дороги, они выпускались, в основном, в тестовых вариантах и малых количествах. Такие устройства потребляет большое количество энергии и требуют для работы низких температур.
В новом исследовании ученые продемонстрировали, что возможно произвести мощный терагерцевый луч, испуская свет разных длин волны на паре электродов - две заостренных полосы металла, помещенных на расстоянии друг от друга на 100 нанометров сверху тонкой пластины полупроводника. Такая структура электродов, расположенных острыми сторонами друг к другу, разделенных наноразмерным промежутком, увеличивает ТГц-поле и действует как наноантенна, многократно усиливая создаваемую волну. При таком подходе Т-волны производятся взаимодействием между электромагнитными волнами световых импульсов и сильным электропотоком, проходящим между электродами полупроводника. Ученые смогли настроить длину волны T-излучения так, чтобы создать луч, который годен к употреблению в технологиях сканирования.
Оптическое изображение с микроскопа показывает уникальные наноантенны и их воздействие на Т-волны. Оптическая картинка показывает распределение электрического поля
Ведущий автор исследования доктор Джин Хуа Тенг из британской A*STAR сказал: «Секрет открытия заключается в новой наноантенне, которую мы разработали и интегрировали в полупроводниковый кристалл». Сетка этих наноантенн создает значительно более сильные терагерцевые поля, которые производят мощность, в 100 раз превышающую выходную мощность обычно используемых ТГц-источников, основанных на структурах стандартных антенн. Более сильный источник Т-волн дает устройствам отображения больше мощности и более высокое разрешение.
Соавтор исследования Штефан Майер, ученый из британской A*STAR и профессор физики в Имперском колледже Лондона, сказал: «Т-волны обещают модернизировать медицинскую диагностику, сделает ее быстрее и удобнее. Благодаря современной нанотехнологии, мы добились реального продвижения в создании нового терагерцевого излучения, которое делает нас на шаг ближе к инновационным технологиям сканирования из научной фантастики».
Комментарии читателей