Революция в терахерцовия диапазон: Нови материали за компактна светлина!

Революция в терахерцовия диапазон: Нови материали за компактна светлина!

Международен изследователски проект, ръководен от Джош Колдуел от университета Вандербилт и Александър Паарман от института Фриц Хабер направи новаторски напредък в терагерцовата технология. В сътрудничество с проф. инж. Лукас М от Техническия университет в Дрезден, изследователите демонстрираха компресията на терагерцова (THz) светлина до наномащабни размери.

Резултатите, публикувани на 15 септември 2025 г. в списанието Nature Materials, показват как хафниевите дихалкогениди (HfX2, където X = S или Se) позволяват значително компресиране на THz светлина. Дължини на вълните от над 50 микрометра бяха намалени до по-малко от 250 нанометра, което доведе до минимална загуба на енергия. Това компресиране е сравнимо с ограничаване на океанските вълни в чаена чаша, което илюстрира мащаба и ефективността на тази технология.

Във фокуса на изследването

Предизвикателството за интегриране на THz технология в компактни устройства произтича от дългата дължина на вълната на THz светлината. Докато традиционните материали се борят да компресират ефективно светлината в диапазона THz, новият слоест материал с хафниев дихалкогенид предлага обещаващо решение. Изследването има за цел да проучи взаимодействието на светлината и материята на нано до атомно ниво, което има далечни последици за нелинейната оптика.

Изследователският екип използва оптичния микроскоп за близко поле, който е разработен в сътрудничество между TU Dresden и Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. Едно от основните намерения е да се разработят ултракомпактни THz резонатори и вълноводи, които потенциално биха могли да революционизират изследванията с 2D материали чрез интегриране в хетероструктури на Ван дер Ваалс.

Приложения и технически разработки

Потенциалните приложения на тази технология са обещаващи, вариращи от подобрения в оптоелектронни устройства като инфрачервени излъчватели до терагерцова оптика за физическа сигурност и наблюдение на околната среда. По-специално, изборът на подходящи терагерцови системи стана по-важен през последните години, тъй като често цитираната по-рано „терахерцова празнина“ вече не съществува.

При промишлена употреба системи като Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) и FMCW радари (Frequency Modulated Continuous Wave) са основни. Използването на лазери с къс импулс позволява прецизни измервания на времето и спектроскопски изследвания. За сравнение радарите FMCW са по-малки, по-евтини и предлагат по-високи скорости на измерване, въпреки че разделителната способност на дълбочината им е по-ниска.

Допълнителни техники като кръстосана корелационна спектроскопия и оптична FMCW в момента се тестват и скоро могат да станат готови за промишлеността. Изборът на най-подходящия метод винаги се извършва в контекста на конкретното приложение, което подчертава гъвкавостта на THz технологията. Новите резултати от изследването биха могли също така да позволят скрининг на материали с висока производителност и по този начин да ускорят развитието на по-ефективни THz технологии.