兆赫波（Terahertz，THz）介于电磁频谱中微波与红外辐射之间，并以每秒 1,000 亿至 30 兆次周期的频率振荡。兆赫波因其独特特性而备受重视：它们可以穿透纸张、衣服、木头和墙壁，并能检测空气污染。兆赫波辐射源可以彻底改变安全与医疗造影系统。此外，它们具备承载大量资料的能力，可能成为发展超高速无线通讯技术的关键。兆赫波是一种非游离辐射（Non-Ionizing Radiation，NIR），这意味着它们不会对人体健康构成威胁。该技术已在某些机场中用于扫描旅客并检测危险物体和有害物质。
尽管拥有无比广阔的发展前景，但兆赫波并未获得广泛的应用，因为它们的产生成本过高且麻烦。但是由瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）研究人员所开发的新技术可能会改变这一切。由 Elison Matioli 教授所带领的“功率和宽能隙电子研究实验室”（Power and Wide-band-gap Electronics Research Laboratory，POWERlab）团队打造了一种能在几皮秒（Picosecond，PS；一兆分之一秒）的时间内产生极高功率讯号的奈米元件，这样的元件能产生高功率兆赫波。
这个可以安装在芯片或柔性介质上的技术，有一天可能会安装在智能手机和其他手持装置中。这篇阐述采用突破性技术之奈米元件的论文是由 POWERlab 博士生 Mohammad Samizadeh Nikoo 做为第一作者撰写的，并已发表在《自然》（Nature）期刊上。
比传统电子元件快 10 倍，能同时产生高能及高频脉冲
这个体积迷你且价格便宜的全电式奈米元件几乎立即就可以从微小辐射源产生高强度的兆赫波。其工作原理是产生强大的“火花”，伴随电压会在 1 皮秒内从 10 伏特飙升至 100 伏特。该元件几乎能够连续不断地产生这样的火花，这意味着它每秒可以发出多达 5,000 万个讯号。当连接到天线后，该系统可以产生并辐射高功率兆赫波。
该元件由两块相距仅 20 奈米的金属板组成。施加电压之后，电子会涌向其中一个极板，并随即在该极板上形成奈米电浆球（Nanoplasma）。一旦电压达到某个阈值，电子几乎立即被发射到第二个极板上。透过这种快速转换便能实现这样快速的移动，该转换能产生出引发高频率波的高强度脉冲。传统电子元件只能以最高每皮秒 1 伏特的速度进行切换，这样会太慢而无法产生高功率兆赫波。
这款速度上可提高 10 倍以上的全新纳米元件，可以同时产生高能及高频脉冲。“在通常的情况下，无法两个变量都能达到很高的值，”Matioli 指出：“高频半导体元件的尺寸是纳米级的。它们在爆发前只能因应几伏特的电压。同时之际，高功率元件多半体积太大、速度太慢，而无法产生兆赫波。我们的解决方案是借由最先进的奈米级制程技术重新审视旧领域的电浆，以提出能避开这些限制的全新元件。”
根据 Matioli 的说法，新元件将所有变量发挥到了极致：“因为高频率、高功率和奈米级等名词术语通常不会出现在同一个句子里。”
“这些奈米元件一方面带来了极高的简便性和低成本，另一方面也提供了极其出出色的超高效能表现。除此之外，它们还能与晶体管之类的其他电子元件整合。考量到这些独特的特性，奈米电浆球可以为超高速电子领域塑造一个不同的未来。”Samizadeh 说。
该技术除了可以产生兆赫波之外，还可以衍生出广泛的应用。“我们非常肯定会有更多创新的应用出现，”Matioli 补充表示。
- A nanoscale device to generate high-power terahertz waves
（首图来源：EPFL）
