Bir kristal olduğunda Yarıiletken – bu durumda p-katkılı InAs – bir kristal kafesin yüzeyinde kaçınılmaz olan kalan bağların yarattığı 'yüzey durumları', kristal kafesle etkileşime girdikçe yüksek gradyanlı elektrik alanları yaratabilir. yarıiletken. Buna karşılık, gelen fotonlar bu alanla etkileşime girebilir.
UCLA'ya göre "Gelen ışık, yarı iletken kafesteki elektronlara çarpabilir ve onları daha yüksek bir enerji durumuna taşıyabilir, bu noktada kafes içinde serbestçe dolaşabilirler." "Yarı iletkenin yüzeyi boyunca oluşturulan elektrik alanı, ışıkla uyarılan bu yüksek enerjili elektronları daha da hızlandırır, bunlar daha sonra kazandıkları ekstra enerjiyi farklı optik dalga boylarında yayarak boşaltır, böylece dalga boylarını dönüştürür."
Bir InAs kristalinin yüzeyindeki titanyum-altın nano-anten (kahverengi) - kırmızı halkalar yüzey plazmonlarıdır, mavi ovaller sarkan yüzey bağlarıdır, noktalar ve daireler elektronlar ve deliklerdir
Bu süreci tasarlamak için UCLA ekibi InAs'ın yüzeyine bir nano anten dizisi inşa etti.
Deneyde pikosaniyelik darbelerle 1550 nm kızılötesi olarak gelen fotonlar, anten dizisini foto-uyarılmış yüzey plazmonlarını yerleşik elektrik alanının maksimuma çıkarıldığı yüzey bölgesine bağlamak için uyarır; bu, "sığ ama devasa bir yerleşik yapı" olarak tanımlanır. araştırmacılar tarafından yarı iletken yüzey boyunca elektrik alanında.
Emilen fotonlar, anten kontakları altında, farklı giriş darbe frekanslarının karışımından vuruş frekanslarında rezonansa giren bir elektron gazı üretir. Yerleşik elektrik alanıyla antenlere bağlanan rezonans enerjisi, antenlere bağlanıyor ve bu durumda, 4THz'ye kadar uzanan bir spektruma (100μm'den 1mm'ye kadar dalga boyları) sahip bir puls olarak yayılıyor.
Bunu etkili kılmak için anten geometrisi ve yarı iletken yapı, yerleşik elektrik alanı ve foto soğurma profilleri arasındaki uzaysal örtüşmeyi en üst düzeye çıkaracak şekilde seçilmiştir.
Araştırma mühendisi Deniz Turan, "Bu yeni çerçeve sayesinde, gelen ışık alandan geçerken dalga boyu dönüşümü kolayca ve herhangi bir ilave enerji kaynağı olmadan gerçekleşiyor" dedi.
Bir uygulama gösteriminde, endoskop benzeri bir THz analizörü için kaynak oluşturmak amacıyla, hiçbir hassas optik müdahale olmaksızın, bölünmüş bir optik fiberin yüzeyi boyunca bir prototip kristal bağlandı.
UCLA'ya göre "Bu dalga boyu dönüşümü olmasaydı, endoskopi probunda kullanılan ince optik fiberlerin destekleyemeyeceği aynı terahertz dalgalarını elde etmek için optik güç seviyesinin 100 katı gerekirdi."
Araştırmacılara göre bu teknik, mikrodalgalardan uzak kızılötesi dalga boylarına kadar uzanan diğer dönüşümlere de uygulanabilir.
Yukarıda bir basitleştirme var. Çalışma, Nature Communications'ın 'Plazmon-bağlı yüzey durumları aracılığıyla dalga boyu dönüşümü' başlıklı makalesinde derinlemesine ele alınmakta olup, bu belgenin tamamı ödeme yapılmadan görüntülenebilmektedir.