เมื่อคริสตัลเป็น สารกึ่งตัวนำ – p-doped InAs ในกรณีนี้ – 'สถานะพื้นผิว' ที่สร้างขึ้นโดยพันธะที่เหลือซึ่งหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่พื้นผิวของโครงตาข่ายคริสตัลสามารถสร้างสนามไฟฟ้าที่มีความลาดชันสูงในขณะที่พวกมันมีปฏิกิริยากับ สารกึ่งตัวนำ. ในทางกลับกัน โฟตอนของเหตุการณ์สามารถโต้ตอบกับฟิลด์นี้ได้
"แสงที่เข้ามาสามารถชนอิเล็กตรอนในโครงตาข่ายเซมิคอนดักเตอร์และเคลื่อนตัวไปยังสถานะพลังงานที่สูงขึ้น ซึ่งจะทำให้พวกมันสามารถกระโดดไปมาภายในโครงตาข่ายได้อย่างอิสระ" ตามข้อมูลของ UCLA "สนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นบนพื้นผิวของเซมิคอนดักเตอร์ช่วยเร่งอิเล็กตรอนพลังงานสูงที่ถูกกระตุ้นด้วยภาพถ่ายเหล่านี้ซึ่งจะปลดปล่อยพลังงานพิเศษที่ได้รับจากการแผ่รังสีที่ความยาวคลื่นแสงที่แตกต่างกันซึ่งจะแปลงความยาวคลื่น"
เสาอากาศนาโนทองคำไททาเนียม (สีน้ำตาล) บนพื้นผิวของผลึก InAs - ลูปสีแดงคือพลาสมอนที่พื้นผิว วงรีสีน้ำเงินคือพันธะพื้นผิวที่ห้อยต่องแต่ง จุดและวงกลมคืออิเล็กตรอนและรู
ในการออกแบบกระบวนการนี้ ทีม UCLA ได้สร้างอาร์เรย์นาโนเสาอากาศบนพื้นผิวของ InAs
โฟตอนขาเข้า 1550nm อินฟราเรดในพัลส์พิโควินาทีในการทดลอง กระตุ้นอาร์เรย์เสาอากาศไปยังพลาสมอนพื้นผิวที่กระตุ้นด้วยภาพถ่ายไปยังบริเวณพื้นผิวที่มีการขยายสนามไฟฟ้าในตัวให้ใหญ่สุด - อธิบายว่าเป็น "ตื้น แต่ยักษ์ - ในสนามไฟฟ้าข้ามพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์” โดยนักวิจัย
โฟตอนที่ถูกดูดซับจะสร้างก๊าซอิเล็กตรอนภายใต้หน้าสัมผัสของเสาอากาศ ซึ่งสะท้อนที่ความถี่บีตจากการผสมของความถี่พัลส์อินพุตที่แตกต่างกัน เมื่อรวมกับเสาอากาศด้วยสนามไฟฟ้าในตัว พลังงานเรโซแนนท์จะจับคู่กับเสาอากาศและแผ่ออกไป ในกรณีนี้เป็นพัลส์ที่มีสเปกตรัมครอบคลุมถึง 4THz - ความยาวคลื่นตั้งแต่ 100μm ถึง 1 มม.
เพื่อให้สิ่งนี้มีประสิทธิภาพ รูปทรงเรขาคณิตของเสาอากาศและโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์ได้รับเลือกเพื่อเพิ่มการทับซ้อนเชิงพื้นที่ระหว่างสนามไฟฟ้าในตัวและโปรไฟล์การดูดกลืนแสง
“ด้วยกรอบการทำงานใหม่นี้ การแปลงความยาวคลื่นเกิดขึ้นได้ง่ายและปราศจากแหล่งพลังงานเพิ่มเติมในขณะที่แสงที่เข้ามาส่องผ่านสนาม” วิศวกรวิจัย Deniz Turan กล่าว
ในการสาธิตการใช้งาน คริสตัลต้นแบบถูกเชื่อมเข้าด้วยกันบนเส้นใยแก้วนำแสงแบบแยกส่วน โดยไม่มีออปติกที่มีความแม่นยำมาขวางกั้น เพื่อสร้างแหล่งที่มาสำหรับเครื่องวิเคราะห์ THz ที่เหมือนกล้องเอนโดสโคป
“หากปราศจากการแปลงความยาวคลื่นนี้ จะต้องมีระดับพลังงานแสง 100 เท่าเพื่อให้ได้คลื่นเทราเฮิร์ตซ์เดียวกัน ซึ่งใยแก้วนำแสงบาง ๆ ที่ใช้ในโพรบส่องกล้องไม่สามารถรองรับได้” ตามข้อมูลของ UCLA
นักวิจัยกล่าวว่าเทคนิคนี้ใช้กับการแปลงอื่น ๆ ซึ่งครอบคลุมช่วงคลื่นไมโครเวฟไปจนถึงความยาวคลื่นอินฟราเรดไกล
ข้างต้นเป็นการทำให้เข้าใจง่าย งานนี้มีเนื้อหาครอบคลุมในเชิงลึกในเอกสาร Nature Communications เรื่อง 'การแปลงความยาวคลื่นผ่านสถานะพื้นผิวที่เชื่อมต่อด้วยพลาสมอน' ซึ่งสามารถดูได้ทั้งหมดโดยไม่ต้องชำระเงิน