Terahertzvågor har länge pekats ut som en nyckelteknik för framtidens trådlösa kommunikation, avancerad medicinsk bilddiagnostik och högupplöst säkerhetsskanning. Trots den stora potentialen har tekniken hittills varit begränsad av stora, dyra och komplicerade system.
Nu har forskare tagit ett viktigt steg mot att göra tekniken betydligt mer praktisk. Genom att integrera både generering och detektering av terahertzsignaler på ett enda halvledarchip har de utvecklat en lösning som är betydligt mindre, effektivare och enklare att tillverka än dagens system.
Utnyttjar ett svåråtkomligt område av elektromagnetiska spektrumet
Terahertzvågor ligger mellan mikrovågor och infrarött ljus i det elektromagnetiska spektrumet. Frekvensområdet erbjuder extremt hög bandbredd, vilket gör det attraktivt för framtida trådlösa nätverk med datahastigheter långt över dagens 5G- och 6G-teknik.
Dessutom kan terahertzstrålning passera genom många material utan att använda joniserande strålning, vilket öppnar möjligheter inom bland annat medicinsk diagnostik, kvalitetskontroll i industrin och säkerhetsskanning.
Ett chip ersätter stora laboratorieuppställningar
Traditionella fotonikbaserade terahertzsystem består ofta av flera separata komponenter, optiska lasrar och avancerad laboratorieutrustning.
Den nya lösningen samlar istället funktionerna på ett enda halvledarchip. Kärnan i tekniken bygger på kvantbrunnsstrukturer som utnyttjas genom en metod kallad gain-enhanced interband photomixing, där två laserstrålar kombineras för att skapa terahertzsignaler med betydligt högre effektivitet än tidigare lösningar.
Högre effektivitet och enklare tillverkning
En viktig fördel med den nya metoden är att den använder halvledarstrukturer som redan är etablerade inom fotoniska integrerade kretsar.
Det innebär att tekniken kan integreras i befintliga tillverkningsprocesser, vilket i längden kan sänka kostnaderna och göra storskalig produktion möjlig.
Forskarna lyckades dessutom visa att samma typ av struktur både kan generera och detektera terahertzsignaler, vilket förenklar konstruktionen ytterligare.
Kan bana väg för framtidens trådlösa kommunikation
Behovet av snabbare dataöverföring ökar snabbt i takt med utvecklingen av artificiell intelligens, molntjänster och uppkopplade enheter.
Terahertzteknik ses därför som en möjlig byggsten för framtida kommunikationssystem där extremt höga överföringshastigheter krävs över korta avstånd.
Den nya chiptekniken kan bidra till att göra sådana system betydligt mer kompakta och energieffektiva än dagens laboratorielösningar.
Möjligheter långt utanför telekom
Forskarna ser användningsområden långt utanför datakommunikation.
Terahertzvågor kan användas för att:
- skapa högupplösta medicinska bilder
- identifiera kemiska ämnen med spektroskopi
- upptäcka dolda defekter i material
- genomföra säkerhetsskanning utan skadlig strålning
- analysera halvledarkomponenter och elektronik
Genom att göra tekniken betydligt mindre och billigare kan fler av dessa tillämpningar bli praktiskt genomförbara.
Ett steg närmare kommersiella terahertzsystem
Även om forskningen fortfarande befinner sig på experimentstadiet visar resultaten att avancerade terahertzsystem inte längre behöver vara stora laboratorieinstallationer.
Genom att integrera signalgenerering och detektering på ett enda halvledarchip har forskarna tagit ett viktigt steg mot kompakta, energieffektiva och massproducerbara komponenter. Om utvecklingen fortsätter kan tekniken få en central roll i framtidens kommunikationsnät, medicinska instrument och avancerade sensorsystem.
Publikationsuppgifter
Yifan Zhao et al., Terahertz generation and detection through gain-enhanced interband photomixing in quantum well structures, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-73080-6.
