یک شکاف در طیف الکترومغناطیسی وجود دارد که مهندسان نمی‌توانند به آن ورود کنند؛ این طیف همه چیز را از امواج رادیویی و مایکروویو گرفته تا نوری که به چشم ما می‌رسد، تا اشعه ایکس و پرتو‌های گاما را پوشش می‌دهد و انسان‌ها تقریبا بر هنر ارسال و دریافت همه آن‌ها مسلط شده‌اند.

با این حال یک استثنا وجود دارد. بین پرتو‌های نور مرئی و پرتو‌های رادیویی ساکن، یک منطقه مرده وجود دارد که فناوری ما در آن کارآمد نیست، به آن شکاف تراهرتز می‌گویند. اکنون برای چندین دهه، هیچکس موفق به ساخت دستگاه مصرفی نشده است که بتواند امواج تراهرتز را منتقل کند.

طیف الکترومغناطیسی با رنگ‌های رنگین کمان و برچسب برای طول موج

برخی از محققان به آرامی در حال پیشرفت هستند. اگر آن‌ها فرود را حفظ کنند، ممکن است مجموعه‌ای کاملا جدید از فناوری‌ها را باز کنند، مانند جانشین Wi-Fi یا یک سیستم تشخیص هوشمندتر سرطان پوست.

رمز و راز تراهرتز

امواج رادیویی برای ارتباطات، به ویژه بین دستگاه‌های الکترونیکی، حیاتی هستند و آن‌ها را در الکترونیک امروزی جهانی می‌کنند. نور به فیبر‌های نوری که زیربنای اینترنت هستند، نیرو می‌دهد. این حوزه‌های فناوری معمولا از طول‌موج‌های مختلف تغذیه کرده و به‌راحتی در دنیای مدرن همزیستی می‌کنند.

اما هر دو قلمرو برای رفتن به منطقه خنثی تراهرتز تلاش می‌کنند. قطعات الکترونیکی استاندارد، مانند تراشه‌های سیلیکونی، نمی‌توانند آنقدر سریع کار خود را انجام دهند تا امواج تراهرتز ایجاد کنند. فناوری‌های تولیدکننده نور مانند لیزر که دقیقا در خانه در مادون قرمز هستند، با امواج تراهرتز نیز کار نمی‌کنند. بدتر از آن، امواج تراهرتز در جو زمین دوام زیادی ندارند: بخار آب موجود در هوا آن‌ها را جذب می‌کند.

چند طول موج تراهرتز وجود دارد که می‌تواند از طریق بخار آب فشرده شود. ستاره‌شناسان تلسکوپ‌هایی ساخته‌اند که این نوار‌ها را دریافت می‌کنند که مخصوصا برای دیدن غبار بین ستاره‌ای خوب هستند. برای بهترین استفاده، این تلسکوپ‌ها باید در مرتفع‌ترین و خشک‌ترین مکان‌های سیاره مانند صحرای آتاکامای شیلی یا کلا خارج از جو در فضا مستقر شوند.

مهندسی امواج تراهرتز

وقتی صحبت از ضربه زدن به امواج تراهرتز می‌شود، دنیای الکترونیک با یک مشکل اساسی مواجه است. برای وارد شدن به این شکاف، تراشه‌های سیلیکونی در وسایل الکترونیکی ما نیاز به تپش سریع دارند، با تریلیون‌ها چرخه در ثانیه. تراشه‌های موجود در تلفن یا رایانه شما می‌توانند با میلیون‌ها یا میلیارد‌ها چرخه در ثانیه به خوبی کار کنند، اما برای رسیدن به چند تریلیون تلاش می‌کنند. اجزای تراهرتزی می‌توانند به اندازه یک ماشین لوکس هزینه داشته باشند. مهندسان در حال تلاش برای کاهش قیمت هستند.

در سال ۱۹۹۴، دانشمندان لیزر آبشار کوانتومی را اختراع کردند که به ویژه برای ساخت نور مادون قرمز خوب بود. تنها کاری که هو و همکارانش باید انجام می‌دادند این بود که لیزر را به سمت امواج بلندتر مادون قرمز دور برانند.

در حدود سال ۲۰۰۲، آن‌ها موفق به ساخت یک لیزر آبشاری کوانتومی تراهرتز شدند. اما یک نکته وجود داشت: این سیستم برای شلیک به دمایی در حدود -۳۴۳ درجه فارنهایت و نیتروژن مایع نیاز داشت که استفاده در خارج از آزمایشگاه یا تنظیمات برودتی را دشوار می‌کرد.

منبع: popsci