Классическая электроника работает с частотами до 100 ГГц, оптоэлектроника использует сигналы, начиная с 10 ТГц. Промежуток между этими диапазонами иногда называют «терагерцевым пробелом», поскольку в нём крайне сложно осуществлять генерирование, преобразование и детектирования сигналов.

Коллектив физиков Мюнхенского технического университета (TUM), возглавляемый Александером Холлейтнером (Alexander Holleitner), впервые смог генерировать внутри чипа сверхкороткие электрические импульсы часовой до 10 ТГц, используя металлические плазмонные антенны размером всего несколько нанометров.

Эти мельчайшие антенны с одной стороны они больше заострены, чем с другой. При возбуждении такой асимметричной плазмонной структуры сфокусированным лазерным импульсом, заострённая сторона испускает больше электронов, чем плоская. Таким образом, фемтосекундный лазерный импульс частотой 200 ТГц может генерировать в цепях чипа сверхкороткий сигнал на частоте до 10 ТГц.

Технически такая структура интересна поскольку позволяет встраивать наноантенны в терагерцевые микросхемы габаритами всего несколько миллиметров.

В качестве материала для чипа исследователи взяли сапфир, который не может быть стимулирован оптически и поэтому не создаёт помех. С учётом будущих приложений они применили лазеры с длиной волны 1,5 мкм, используемые в традиционных оптоволоконных кабелях.

Холлейтнер с коллегами сделал ещё одно важное открытие: электрические и терагерцевых импульсы демонстрируют нелинейную зависимость от мощности возбуждающего лазера. Это показывает, что фотоэмиссия в антеннах инициируется поглощением нескольких фотонов на световой импульс.

«Таких быстрых, нелинейных импульсов в чипе до сих пор не существовало», — указывает Холлейтнер в статье для журнала Nature Communications. Используя это явление, он надеется обнаружить еще более быстрые эффекты туннельного излучения в антеннах и найти им применение в чипах.