ثورة في مجموعة تيراهيرتز: مواد جديدة للضوء المدمج!

ثورة في مجموعة تيراهيرتز: مواد جديدة للضوء المدمج!

مشروع بحثي دولي بقيادة جوش كالدويل من جامعة فاندربيلت و ألكسندر بارمان من معهد فريتز هابر قد حقق تقدمًا رائدًا في تكنولوجيا تيراهيرتز. بالتعاون مع البروفيسور لوكاس م. م من جامعة دريسدن التقنية، أظهر الباحثون ضغط ضوء تيراهيرتز (THz) إلى أبعاد النانو.

تظهر النتائج، التي نُشرت في 15 سبتمبر 2025 في مجلة Nature Materials، كيف تمكن ثنائيات كالكوجينيدات الهافنيوم (HfX2، حيث X = S أو Se) من ضغط كبير لضوء T هرتز. تم تقليل الأطوال الموجية التي تزيد عن 50 ميكرومترًا إلى أقل من 250 نانومتر، مما أدى إلى الحد الأدنى من فقدان الطاقة. وهذا الضغط يشبه حبس أمواج المحيط في فنجان شاي، مما يوضح حجم هذه التكنولوجيا وكفاءتها.

في محور البحث

ينبع التحدي المتمثل في دمج تقنية T هرتز في الأجهزة المدمجة من الطول الموجي الطويل لضوء T هرتز. في حين أن المواد التقليدية تكافح من أجل ضغط الضوء بشكل فعال في نطاق T هرتز، فإن مادة طبقات ثنائي كالكوجينيد الهافنيوم الجديدة تقدم حلاً واعدًا. يهدف البحث إلى دراسة تفاعل الضوء والمادة على المستوى النانوي إلى الذري، والذي له آثار بعيدة المدى على البصريات غير الخطية.

واستخدم الفريق البحثي المجهر البصري قريب المدى، الذي تم تطويره بالتعاون بين جامعة TU Dresden ومركز Helmholtz Dresden-Rossendorf. أحد الأهداف الرئيسية هو تطوير مرنانات T هرتز وأدلة موجية فائقة الصغر يمكنها إحداث ثورة في البحث باستخدام مواد ثنائية الأبعاد من خلال التكامل في هياكل فان دير فالس المتغايرة.

التطبيقات والتطورات التقنية

التطبيقات المحتملة لهذه التكنولوجيا واعدة، بدءاً من التحسينات في الأجهزة الإلكترونية الضوئية مثل بواعث الأشعة تحت الحمراء إلى بصريات تيراهيرتز للأمن المادي والاستشعار البيئي. على وجه الخصوص، أصبح اختيار أنظمة تيراهيرتز المناسبة أكثر أهمية في السنوات الأخيرة لأن "فجوة تيراهيرتز" التي تم ذكرها سابقًا لم تعد موجودة.

في الاستخدام الصناعي، تعد الأنظمة مثل Terahertz TDS (التحليل الطيفي للنطاق الزمني) ورادارات FMCW (الموجة المستمرة المعدلة بالتردد) أمرًا أساسيًا. يتيح استخدام الليزر قصير النبض إجراء قياسات زمنية دقيقة وتحقيقات طيفية. وبالمقارنة، فإن رادارات FMCW أصغر حجمًا وأرخص وتوفر معدلات قياس أعلى، على الرغم من أن دقة العمق الخاصة بها أقل.

ويجري حاليًا اختبار تقنيات إضافية مثل التحليل الطيفي للارتباط المتبادل وFMCW البصري ويمكن أن تصبح جاهزة للاستخدام الصناعي قريبًا. يتم دائمًا اختيار الطريقة الأكثر ملاءمة في سياق التطبيق المحدد، مما يؤكد مرونة تقنية T هرتز. يمكن لنتائج البحث الجديدة أيضًا أن تتيح فحص المواد عالية الإنتاجية وبالتالي تعزيز تطوير تقنيات T هرتز أكثر كفاءة.