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I fisici utilizzano guide d’onda per favorire il potenziale pratico della spettroscopia Terahertz

Le radiazioni Terahertz o THz hanno il potenziale per promuovere innovazioni trasversali in medicina, biologia, scienza dei materiali e telecomunicazioni, ma il loro impiego è ancora frenato da vincoli pratici e tecnologici. Il progetto THEIA ha sviluppato un sapore specifico di spettroscopia THz in grado di funzionare all’interno di guide d’onda.
I fisici utilizzano guide d’onda per favorire il potenziale pratico della spettroscopia Terahertz
Il futuro impiego di sistemi di spettroscopia THZ compatti ha fatto un passo in avanti grazie al progetto THEIA, finanziato dall’UE. Il gruppo di ricerca ha sviluppato un sistema in grado di operare con onde confinate in guide d’onda. La chiave è la capacità di generare ed elaborare onde THz direttamente all’interno della guida d’onda, che è stata sviluppata nell’ambito del progetto THEIA.

La radiazione Terahertz, che si trova nello spettro elettromagnetico tra onde ottiche e microonde, ha proprietà uniche. «Molti materiali di interesse complessi possiedono "impronte digitali" spettrali uniche nello spettro THz. Ciò significa che la radiazione THz può essere utilizzata per riconoscere composti molto complessi quali polimeri, aminoacidi, proteine, farmaci o esplosivi», afferma il prof. Marco Peccianti, ricercatore principale di THEIA e professore di fotonica presso la Sussex University nel Regno Unito.

Stoffa, tessuti e molte forme di imballaggio sono trasparenti al THz che può servire a scopi di sicurezza simili a quelli dei raggi X. Tuttavia, contrariamente ai raggi X, la radiazione THz non è ionizzante ed è generalmente innocua per la salute umana.

Sebbene la conoscenza del potenziale delle onde THz sia in circolazione da un po’ di tempo, la THz è diventata un’opzione realistica per gli scienziati solo con l’avvento della tecnologia laser avanzata, quali i laser ultraveloci, negli anni ottanta. Negli ultimi 30 anni, le onde THz hanno sbloccato nuovi modi per esaminare il mondo naturale.

THz all’interno del tubo

THEIA ha esplorato come integrare guide d’onda negli spettrometri THz. «Generalmente si genera un’onda THz, quindi la si associa in una guida d’onda tramite una lente o altri componenti ottici. THEIA ha esplorato l’approccio alternativo di generare l’onda THz all’interno della guida d’onda e di eseguire molte delle funzioni di un normale spettrometro direttamente al suo interno», afferma il prof. Peccianti. In questo modo non solo viene fornito un segnale THz laddove necessario, ma vengono anche rimossi molti elementi ingombranti. «Potenzialmente questo consentirebbe di utilizzare la tecnica in modi che prima sarebbero stati impossibili», sostiene.

THEIA ha sviluppato varie strategie per raggiungere questo obiettivo, tra cui un nuovo design, noto come trasmettitore THz a due fili, che consiste in una guida d’onda a due fili associata elettricamente a un’antenna THz fotoconduttiva.

Dispositivi più piccoli e più efficienti

La tecnologia Terahertz è ancora agli inizi rispetto a campi quali le microonde o l’ottica. Solo poche aziende attualmente commercializzano applicazioni per l’uso nel mondo reale e le loro soluzioni tendono a essere molto ingombranti. Il team THEIA mira a migliorare l’efficienza e a rendere possibili dispositivi più piccoli in futuro.

«Quello che stiamo cercando di fare è ridurre l’apparato necessario per la spettroscopia THz per l’uso in diversi campi ingegneristici o per applicazioni mediche; in futuro, si potrebbe avere a disposizione una penna utilizzabile con cui toccare la pelle per diagnosticare una patologia. Oppure si potrebbe riuscire ad attaccare una piccola sonda a un muro per diagnosticarne l’integrità», afferma il prof. Peccianti.

I finanziamenti da THEIA hanno anche contribuito alla creazione del Laboratorio Emergent Photonics del prof. Peccianti co-fondato con la collega scienziata Alessia Pasquazi all’inizio del 2015. «Il laboratorio è una comunità di circa 15 ricercatori, che è già un risultato formidabile; prima di THEIA, la fotonica non esisteva nel Sussex», afferma il prof. Peccianti. Il suo gruppo sta ora cercando di sfruttare la capacità del THz di identificare con precisione oggetti complessi con la costruzione di un microscopio THz nell’ambito del progetto in corso TIMING, finanziato dall’UE.

Argomenti

Life Sciences

Keywords

THEIA, Terahertz, Spettroscopia Terahertz, guida d’onda