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T&M NUMERICAL SIMULATION Le onde ai THz aprono nuove porte Le entusiasmanti possibilità tecnologiche dello spettro dei THz ruotano attorno a diverse proprietà chiave della radia- zione nei THz e al modo in cui i materiali rispondono a que- sta radiazione: • Trasparenza: molti materiali comuni, come quelli utiliz- zati per gli imballaggi, sono trasparenti alle onde ai THz • Alta risoluzione: la radiazione nei THz ha una lunghezza d’ondaminore delle ondemillimetriche, e questomiglio- ra la risoluzione spaziale per le applicazioni di imaging • Riduzione della dispersione: le onde ai THz hanno una lunghezza d’onda maggiore rispetto alla radiazione in- frarossa. Questo riduce le perdite per dispersione attra- verso i materiali e il particolato e consente un rilevamen- to a più lungo raggio • Sicurezza: le radiazioni nei THz sono generalmente consi- derate più sicure dei raggi X per gli esseri umani perché la loro bassa energia fotonica non è ionizzante • Impronte digitali spettrali: molti materiali chimici e bio- logici di interesse hanno impronte spettrali uniche nello spettro dei THz Queste cinque proprietà dei THz suggeriscono applicazio- ni commerciali di alto profilo nei settori dell’imaging, del- la sicurezza, dei test non distruttivi (NDT) e del controllo qualità. Facendo riferimento all’esempio dell’ispezione senza contatto di imballaggi, possiamo notare che la com- binazione unica di trasparenza dei materiali, risoluzione spaziale a onde submillimetriche e analisi spettroscopica potrebbe avere un impatto significativo nelle dogane e nel trasporto delle merci. Nell’industria farmaceutica, i far- maci potrebbero essere scansionati per determinare se la loro composizione è autentica oppure se sono stati sosti- tuiti o degradati. Un altro caso d’uso per un sistema ai THz potrebbe essere l’ispezione di materiali come compositi, schiume e ceramiche per identificare vuoti interni o crepe, che potrebbero portare al deterioramento o a un cedimento completo. Grazie alla trasparenza ai THz di questi materia- li, è possibile ottenere informazioni accurate sulla profon- dità, pur ottenendo una risoluzione sulla scala submillime- trica. Gli attuali metodi NDT nello spettro dell’infrarosso (IR) tendono ad avere un’alta risoluzione spaziale ma una scarsa risoluzione in profondità, mentre i metodi RF hanno le caratteristiche inverse. Lo spettro dei THz è una regione ottimale in cui è possibile ottenere entrambi i risultati con- temporaneamente. Sebbene nella letteratura accademica si siano registrati i primi progressi in questi ambiti applicati- vi, non vi è ancora un’adozione diffusa nell’industria. Oltre alle applicazioni commerciali dirette, diversi feno- meni fisici interessanti nello spettro dei THz potrebbe- ro portare a una migliore comprensione e allo sviluppo di materiali complessi. L’intervallo dei THz copre le energie Fig. 2 - Fenomeni fisici con caratteristiche interessanti nello spettro dei THz (Immagine per gentile concessione di COMSOL) caratteristiche di diversi fenomeni fisici: eccitoni, fononi, dinamiche plasmoniche, fenomeni di trasporto di carica e coppie di Cooper, responsabili della superconduttività (Fig. 2). L’uso dello spettro dei THz e della spettroscopia THz nel dominio del tempo (THz-TDS) per studiare il compor- tamento di questi fenomeni nei materiali ha portato a una maggiore comprensione del loro funzionamento, con la promessa di un migliore sviluppo della scienza dei mate- riali in futuro. Ad esempio, i sistemi THz-TDS, come sonde della conduttività elettrica senza contatto, offrono una ri- soluzione temporale sotto al picosecondo per la ricerca sul- le transizioni di fase, sui materiali 2D come il grafene, sugli isolanti topologici e su molti altri materiali emergenti. Sfide nello spettro dei THz La natura ibrida o di transizione dello spettro dei THz frena il progresso nel superamento del THz gap e, quindi, nello sfruttamento di questa regione. Lo spettro dei THz si collo- ca tra le microonde e gli alti infrarossi, che possono essere considerati come caratterizzati rispettivamente dal com- portamento di elettroni e fotoni. Entrambe le prospettive vengono meno nello spettro dei THz. Gran parte dei pro- gressi tecnologici in questo intervallo di frequenze è deri- vata dallo sviluppo di nuove tecniche o dalla combinazione di approcci RF e ottici. Poiché gli elettroni dominano lo spettro delle onde milli- metriche o RF, il limite ad alta frequenza dello spettro può essere considerato come il tempo necessario a un elettro- ELETTRONICA OGGI 512 - SETTEMBRE 2023 61