太赫茲（THz）波在電磁波譜中介于微波與紅外波譜之間，振蕩頻率每秒1000億~30萬億次周期。太赫茲波因其獨特的特性而備受贊譽：它們可以穿透紙張、衣服、木材和墻壁，還能探測空氣污染。太赫茲輻射源有望革新安全和醫療成像系統。更重要的是，太赫茲波還具有攜帶大量數據的能力，這可能成為實現更快無線通信的關鍵。

太赫茲波是一種非電離輻射，這意味著它們不會對人類健康造成威脅。這項技術已應用在某些機場來掃描乘客和探測危險目標與化學物質。

盡管太赫茲波有著巨大的發展前景，但由于其制造成本高、工藝繁瑣，目前還未得到廣泛應用。據麥姆斯咨詢報道，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的研究人員開發的一項新技術有望改變這一切。由Elison Matioli教授領導的功率與寬帶隙電子研究實驗室（POWERlab）的研究團隊，構建出一種可在幾皮秒（1皮秒 = 1萬億分之一秒）內產生極高功率信號的納米器件，從而產生高功率的太赫茲波。

納米級太赫茲輻射源可在柔性襯底上實現

這項技術可用于芯片或柔性介質上，未來還可能集成在智能手機和其他手持設備上。本研究的第一作者為POWERlab的Mohammad Samizadeh Nikoo博士，研究成果發表于Nature雜志，文章鏈接為：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2118-y。

太赫茲納米器件的工作原理

這種結構緊湊、價格經濟的全電子納米器件可在極短時間內從微小的輻射源中產生高強度的波。其工作原理是產生強大的“火花”，電壓可在1皮秒內從10V（或更低）上升到100V。該器件幾乎可連續不斷地產生這種“火花”，這意味著該器件每秒可發射多達5000萬次信號。當與天線相連接時，該系統可產生并發射高功率太赫茲波。

納米等離子體開關的基礎原理

該器件由兩塊距離很近的金屬板組成，相距僅有20納米。當施加電壓時，電子向其中一個極板沖擊，并在那里形成納米等離子體。一旦電壓達到一定閾值，電子幾乎立即被發射到另一塊極板上。利用如此快速開關實現的快速運動可創造產生高頻波的高強度脈沖。

傳統電子器件只能以每皮秒1V的速度轉換，但該速度太慢了，無法產生高功率的太赫茲波。

這種新型納米器件可將速度提升十倍以上，可同時產生高能、高頻脈沖。“通常情況下，無法同時獲得這兩個高值變量。”Matioli教授認為，“高頻半導體器件的尺寸在納米級，通常只能承受幾伏的電壓水平。同時，高功率器件尺寸過大且速度太慢，而無法產生太赫茲波。我們的解決方案是重新審視等離子體領域，利用最先進的納米級制造技術開發一種新器件來繞過這些限制。”

根據Matioli教授的解釋，這種新器件將所有變量都發揮到了極致：“以往高頻、高功率和納米級尺寸這三種術語通常不會出現在同一情景中。”

“這些納米器件一方面帶來了極高的簡單性和低成本，另一方面還表現出了優異的性能。此外，它們還可與晶體管等其他電子器件集成。憑借這些獨特的性質，納米等離子體可為超快電子領域塑造一個與眾不同的未來。”Samizadeh表示。

這項技術除了可產生太赫茲波外，還有廣泛應用。“我們非常確定未來會有更多的創新應用。”Matioli教授補充。