Per scanner corporeo e ispezione del materiale

Il team di Jan Kappa (re.) e Dominik Sokoluk ha sviluppato questo nuovo modulo. (Foto: Koziel/TUK)

I ricercatori stanno lavorando per ottimizzare il loro modulatore a microspie per lo studio dei materiali. (Foto: Koziel/TUK)

Nei scanner corporei all'aeroporto vengono utilizzati: onde terahertz. Con questa radiazione a bassa energia, innocua per la salute, si può guardare all'interno: può penetrare materiali come plastica e tessuti. Questo la rende interessante anche per controlli non distruttivi dei materiali. Tuttavia, per utilizzare tecniche di spettroscopia di imaging, finora lo sforzo richiesto è stato molto elevato. Un componente che può risolvere questo problema è stato sviluppato dai ricercatori di Kaiserslautern. Con il loro modulatore a microspie elettromeccanico, in futuro sarà possibile esaminare gli oggetti utilizzando la rapida spettroscopia di imaging a terahertz.

Le onde terahertz si trovano nello spettro elettromagnetico tra le microonde e le radiazioni infrarosse. "Penetrano materiali come carta, legno e ceramica, non sono ionizzanti e sono innocue per l'uomo", dice Jan Kappa del gruppo di lavoro per metamateriali e tecnologia terahertz del dipartimento di ingegneria elettrica e informatica presso il Technische Universität Kaiserslautern (TUK).

Tuttavia, è ancora molto complesso e richiede molto tempo esaminare e identificare oggetti senza contatto mediante spettroscopia di imaging a terahertz. I ricercatori della TUK hanno sviluppato un primo componente che può rendere possibile questa tecnologia in futuro. Con il loro modulatore a microspie, possono modificare localmente la radiazione terahertz – simile ai raggi di luce di un'apertura controllabile di una macchina fotografica. La tecnologia funziona così: una sorgente emette radiazioni terahertz che colpiscono il modulatore. "Questo, grazie alle sue microspie, attiva un determinato schema che si imprime, per così dire, nel fascio", spiega Kappa sul funzionamento. Lo schema colpisce quindi l'oggetto da esaminare. Una parte della radiazione viene assorbita, un'altra prosegue e viene focalizzata su un rivelatore. Attraverso più passaggi e diversi schemi attivati, l'immagine può essere infine ricostruita. "Questo metodo è un'immagine indiretta", prosegue Kappa. "Conosciamo lo schema attivato e il segnale di uscita corrispondente. Gli algoritmi possono ricostruire l'immagine dell'oggetto da questi dati."

Con questa tecnica, i ricercatori sono in grado di coprire un ampio spettro di frequenze. "Raccogliamo, oltre alle informazioni spaziali sull'oggetto, anche informazioni spettroscopiche per ogni singolo punto immagine", spiega Kappa. "Finora, questo era possibile solo in modo limitato, poiché metodi comparabili potevano influenzare le onde terahertz solo in un intervallo molto ristretto dello spettro."

Il sistema innovativo di microspie permette di esaminare le proprietà spettrali degli oggetti in tempi molto brevi. "Potenzialmente, questo può consentire di identificare sostanze chimiche tramite le loro impronte spettrali nell'intervallo terahertz, senza dover scansionare gli oggetti per minuti", afferma il professore titolare, il professor Dr. Marco Rahm, sulla tecnologia.

Nel campus, i ricercatori hanno realizzato il loro modulatore a microspie nel cleanroom del NanoStructuringCenter. Nei prossimi mesi, lavoreranno principalmente per ottimizzare i modulatori per l'analisi dei materiali. La tecnologia è interessante, ad esempio, per il monitoraggio alimentare, dove sostanze nocive provenienti dalla produzione e dall'imballaggio possono avere effetti sulla salute. Ma anche il controllo non distruttivo dei materiali nell'industria automobilistica o aeronautica è un possibile campo di applicazione, ad esempio per dare uno sguardo sotto uno strato di vernice. Inoltre, la tecnica può essere utilizzata nell'industria farmaceutica e nella tecnologia medica.

I ricercatori hanno già presentato la loro tecnologia all'inizio dell'anno sulla rinomata rivista Scientific Reports. A settembre, Jan Kappa ha ottenuto il secondo posto al Best Student Paper Award alla International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz) 2019 a Parigi.

Il team di Jan Kappa, Dominik Sokoluk, Corey Shemelya e il professor Dr. Marco Rahm ha collaborato strettamente con Steffen Klingel e il professor Dr. Egbert Oesterschulze del Lehrstuhl für Physik und Technologie der Nanostrukturen presso la TUK. Anche il team di Dr. Sandra Wolff del Nano Structuring Center ha contribuito allo sviluppo. La ricerca è inserita nel centro di ricerca statale Optics and Material Sciences (OPTIMAS).

L'articolo "Electrically Reconfigurable Micromirror Array for Direct Spatial Terahertz Modulation of Terahertz Waves over a Bandwidth Wider Than 1 THz" è stato pubblicato sulla rivista Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-019-39152-y

Domande a:

Jan Kappa
Lehrstuhl für Theoretische Elektrotechnik
Arbeitsgruppe für Metamaterialien und Terahertz-Technologie
Tel.: 0631 205-5334
E-Mail: kappa@eit.uni-kl.de