Terahertz su chip: MIT sviluppa la tecnologia che cambierà radar e telecomunicazioni

L’ultima tecnologia scoperta dal MIT, potrebbe realmente cambiare il mondo sotto molteplici punti di vista.

I ricercatori del MIT hanno sviluppato un amplificatore terahertz innovativo, scalabile e a basso costo, capace di generare onde terahertz con potenza radiante superiore, rispetto alle tecnologie attuali. Un avanzamento avente il potenziale di rivoluzionare molteplici applicazioni, fra cui radar ad alta risoluzione, comunicazioni particolarmente veloci, e imaging medico. Le onde terahertz, situate fra le onde radio e la luce infrarossa (nello spettro elettromagnetico), permettono infatti una trasmissione dei dati molto più rapida, e una penetrazione dei materiali, superiore rispetto alla luce infrarossa.

Generare onde terahertz è notoriamente difficile: in particolare, quando si cerca di integrarle in dispositivi elettronici. Le tecniche attuali, non son in grado di produrre onde con sufficiente potenza radiante per applicazioni pratiche, a meno di non ricorrere a costose e ingombranti lenti in silicone. La sfida principale, risiede nella necessità di generare onde terahertz che possano viaggiare su distanze maggiori, ma senza compromettere la qualità del segnale, obiettivo non facilmente raggiungibile con le tecnologie attuali.

Per superare siffatte difficoltà, il team del MIT ha dunque progettato un sistema basato su un moltiplicatore di amplificatori, che aumenta la potenza radiante senza l’uso di lenti al silicio. Così che, attaccando un sottile foglio di materiale sulla parte posteriore del chip, e utilizzando transistor Intel ad alta potenza, il team ha potuto sviluppare un generatore di onde terahertz più che efficiente – nonché scalabile -, rispetto ai dispositivi precedenti. Un’innovazione che potrebbe quindi portare alla realizzazione di array di antenne terahertz, per applicazioni come scanner di sicurezza, o monitoraggio ambientale.

Una delle principali difficoltà nell’emissione di onde terahertz, riguarda comunque la costante dielettrica, influente sul comportamento delle onde elettromagnetiche. Il silicio, ha una costante dielettrica molto più alta, rispetto all’aria, causando riflessioni indesiderate delle onde terahertz; quando cercano di passare dal chip al mondo esterno. E tali riflessioni riducono l’efficacia della trasmissione, nonché la potenza radiante del segnale. Pertanto, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata “corrispondenza”, con cui risolvere il problema, e abbassare la costante dielettrica della superficie di uscita del chip.

Il metodo di “corrispondenza”, e la progettazione del materiale

Per applicare la tecnica di corrispondenza, i ricercatori hanno, nello specifico, utilizzato un materiale con una costante dielettrica intermedia, fra quella del silicio e dell’aria. In particolare, impiegando una lamiera sottile che, per mezzo di fori realizzati con una taglierina laser, ha visto modificata la sua costante dielettrica. Approccio che permette alle onde terahertz di esser trasmesse in modo più fluido, e senza riflessioni, migliorando di conseguenza, l’efficienza della trasmissione del segnale.

Un altro passo cruciale, nella progettazione del chip, è l’utilizzo di transistor Intel sviluppati specificamente per operare a frequenze più alte, e con tensioni di rottura superiori, rispetto ai tradizionali transistor CMOS. Transistor i quali, essendo più potenti, concedono al chip di generare onde terahertz con una potenza di radiazione di 11,1 decibel-milliwatt, una delle migliori prestazioni fra i dispositivi esistenti. Inoltre, poiché il chip è economico, e può esser fabbricato su larga scala, risulta ideale per l’integrazione in dispositivi elettronici di uso quotidiano.

Applicazioni future

Il vero punto di forza di questa tecnologia, risiede nella sua scalabilità. Il chip è compatto, e può esser prodotto in grandi quantità a costi contenuti, ragion per cui è possibile creare array di chip terahertz, che possono esser utilizzati in una varietà di dispositivi. Array impiegati per applicazioni, come radar ad alta risoluzione, rilevamento di oggetti nascosti, o monitoraggio ambientale. Con la possibilità di integrare facilmente questi chip in dispositivi compatti, che potrebbe cambiare radicalmente il modo in cui utilizziamo la tecnologia terahertz.

La ricerca del MIT, ha ricevuto il supporto di enti prestigiosi come il Jet Propulsion Laboratory della NASA, e il MIT Center for Integrated Circuits and Systems. Puntando, ora, a dimostrare la scalabilità di siffatta tecnologia, fabbricando un array di sorgenti CMOS terahertz. La cui capacità di controllare e focalizzare le onde terahertz, rivoluzionerà sicuramente l’intero campo delle comunicazioni, della sicurezza e delle applicazioni mediche.