Un chip superconduttore promette immagini THz sintonizzabili / Superconducting chip promises tuneable THz imaging
Un chip superconduttore promette immagini THz sintonizzabili / Superconducting chip promises tuneable THz imaging
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Ricercatori in Scozia e Giappone hanno sviluppato un chip superconduttore in grado di generare radiazioni terahertz sintonizzabili, un passo avanti che potrebbe supportare sistemi di imaging più compatti per numerose applicazioni.
La collaborazione tra l'Università di Glasgow , l' Università di Tsukuba e l'Istituto Nazionale Giapponese di Scienza e Tecnologia Industriale Avanzata ha portato alla realizzazione di un dispositivo leggero progettato per superare gli ostacoli di lunga data nell'imaging a terahertz, tra cui l'ingombro dell'hardware, l'elevato consumo energetico e la limitata flessibilità operativa.
Le radiazioni terahertz possono attraversare una vasta gamma di materiali per rivelare informazioni a livello molecolare, rilevando "impronte digitali" spettrali caratteristiche. Sebbene la tecnica sia già impiegata in specifici ambienti di laboratorio e di sicurezza, le dimensioni delle apparecchiature e la limitata possibilità di regolazione ne hanno ostacolato una più ampia diffusione.
Il chip è basato su un cristallo di ossido di bismuto, stronzio, calcio e rame (BSCCO), un materiale quantistico superconduttore ad alta temperatura la cui struttura produce onde terahertz coerenti, stabili e sintonizzabili, direttamente su un microchip, consentendo così la realizzazione di sistemi di imaging compatti ed efficienti dal punto di vista energetico.
I dettagli del lavoro, pubblicati su IEEE Transactions on Applied Superconductivity, descrivono dimostrazioni di laboratorio in cui il chip ha prodotto immagini di campioni metallici, vegetali e biologici. Questi test sono stati utilizzati per valutare come il dispositivo potrebbe funzionare in contesti reali.
Durante gli esperimenti, il chip ha prodotto immagini nitide di lame chirurgiche sigillate all'interno di una busta di carta e delle caratteristiche strutturali di un floppy disk.
Il gruppo ha inoltre catturato dettagli strutturali fini all'interno della materia vegetale, come la rete di nervature di una foglia di tarassaco, e differenze visive tra tessuto adiposo e tessuto magro all'interno di una fetta di maiale.
Il gruppo ha quindi valutato la capacità del chip di differenziare i materiali in base alle loro firme spettrali nella banda dei terahertz. Hanno dimostrato che il chip è in grado di distinguere sostanze granulari con aspetto visivo simile, tra cui sale, zucchero, farina e curry in polvere, evidenziando potenziali applicazioni nel controllo qualità e nell'ispezione non invasiva attraverso imballaggi sigillati.
In una dichiarazione, l'autore corrispondente, il dottor Manabu Tsujimoto, del National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, ha affermato: "Le tecnologie a terahertz promettono da tempo un impatto trasformativo, ma le limitazioni dei dispositivi ne hanno impedito una più ampia adozione.
“I nostri emettitori superconduttori su chip dimostrano come i materiali quantistici innovativi possano superare queste barriere. La capacità di eseguire l'imaging non distruttivo di campioni vegetali e biologici, nonché l'identificazione precisa dei materiali, in un formato compatto apre interessanti opportunità non solo in ambito industriale, delle comunicazioni, quantistico e della sicurezza, ma anche nel monitoraggio medico ed ambientale.
"Siamo entusiasti di continuare a perfezionare questa tecnologia per realizzare sistemi a terahertz pratici, portatili ed ampiamente accessibili."
Il coautore corrispondente, il dottor Kaveh Delfanazari della James Watt School of Engineering dell'Università di Glasgow, ha aggiunto che sono necessari ulteriori studi per migliorare la velocità e la risoluzione delle immagini. "Attualmente, il nostro sistema impiega circa 15 minuti per creare immagini in laboratorio con una risoluzione di 1 mm, quindi c'è ancora del lavoro da fare per realizzare un sistema più veloce e con una risoluzione maggiore", ha affermato. "Tuttavia, questo articolo dimostra chiaramente che le sorgenti luminose superconduttive su chip possono fornire gli emettitori di terahertz compatti, elettricamente sintonizzabili e coerenti necessari per avvicinare alla realtà i sistemi di imaging miniaturizzati in tempo reale".
ENGLISH
Researchers in Scotland and Japan have developed a superconducting chip capable of generating tuneable terahertz radiation, a step that could support more compact imaging systems for numerous applications.
A collaboration between Glasgow University, the University of Tsukuba and Japan’s National Institute of Advanced Industrial Science and Technology has produced a lightweight device designed to overcome longstanding barriers in terahertz imaging, including bulky hardware, high power needs and limited flexibility in operation.
Terahertz radiation can pass through a range of materials to reveal molecular‑level information by detecting characteristic spectral ‘fingerprints’. Although the technique is already employed in specific laboratory and security environments, equipment size and limited tunability have restricted wider deployment.
The chip is based around a crystal made from Bismuth Strontium Calcium Copper Oxide (BSCCO), a high-temperature superconducting quantum material whose structure produces stable and tuneable coherent terahertz waves directly on a microchip, thereby enabling compact and energy-efficient imaging systems.
Details of the work, published in IEEE Transactions on Applied Superconductivity, describe laboratory demonstrations in which the chip produced images of metallic, plant and biological samples. These tests were used to assess how the device might function in real‑world settings.
During the experiments, the chip produced clear images of surgical blades sealed inside a paper envelope and the structural features of a floppy disk.
The team also captured fine structural detail inside plant matter, such as the vein network of a dandelion leaf, and visual differences in fatty and lean tissue within a slice of pork.
The team then evaluated the chip’s ability to differentiate materials according to their terahertz spectral signatures. They showed that it could distinguish granular substances with similar visual appearance - including salt, sugar, flour and curry powder - highlighting potential use cases in quality control and non‑invasive inspection through sealed packaging.
In a statement, corresponding author Dr Manabu Tsujimoto, from the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, said: “Terahertz technologies have long promised transformative impact, but device limitations have prevented their wider adoption.
“Our on-chip superconducting emitters demonstrate how innovative quantum materials can overcome these barriers. The ability to perform non-destructive imaging of plant and biological samples, as well as precise material identification, in a compact format opens exciting opportunities not only in industrial, communication, quantum, and security settings but also in medical and environmental monitoring.
“We are excited to continue refining this technology toward practical, portable, and widely accessible terahertz systems.”
Co‑corresponding author Dr Kaveh Delfanazari from Glasgow University’s James Watt School of Engineering added that further work is required to improve imaging speed and resolution. “Currently, our system takes about 15 minutes to create images in the lab with a 1mm resolution, so there is work to be done to make a faster, more high-resolution system,” he said. “However, this paper shows clearly that chip-scale superconducting light sources can deliver the compact electrically tuneable and coherent terahertz emitters needed to bring practical miniaturised real-time imaging systems closer to reality.”
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/news/superconducting-chip-could-enable-tuneable-thz-imaging?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-%20230326%20-%20Monday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fsuperconducting-chip-could-enable-tuneable-thz-imaging&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer
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