Revoluce v terahertzové řadě: Nové materiály pro kompaktní světlo!

Revoluce v terahertzové řadě: Nové materiály pro kompaktní světlo!

Mezinárodní výzkumný projekt pod vedením Josh Caldwell z Vanderbiltovy univerzity a Alexandr Paarmann z Institutu Fritze Habera učinila převratný pokrok v terahertzové technologii. Ve spolupráci s Prof. Lukáš M. Ing z Technické univerzity v Drážďanech vědci prokázali kompresi terahertzového (THz) světla na rozměry v nanoměřítku.

Výsledky publikované 15. září 2025 v časopise Nature Materials ukazují, jak hafnium dichalcogenides (HfX2, kde X = S nebo Se) umožňují významnou kompresi THz světla. Vlnové délky přes 50 mikrometrů byly sníženy na méně než 250 nanometrů, což vedlo k minimálním ztrátám energie. Tato komprese je srovnatelná s uzavřením mořských vln v šálku, což ilustruje rozsah a účinnost této technologie.

V ohnisku výzkumu

Výzva integrace technologie THz do kompaktních zařízení pramení z dlouhé vlnové délky THz světla. Zatímco tradiční materiály mají potíže s účinnou komprimací světla v rozsahu THz, nový materiál s vrstvou dichalkogenidu hafnia nabízí slibné řešení. Cílem výzkumu je studovat interakci světla a hmoty na nano až atomární úrovni, což má dalekosáhlé důsledky pro nelineární optiku.

Výzkumný tým použil optický mikroskop pro blízké pole, který byl vyvinut ve spolupráci mezi TU Dresden a Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. Jedním z hlavních záměrů je vyvinout ultrakompaktní THz rezonátory a vlnovody, které by mohly potenciálně způsobit revoluci ve výzkumu s 2D materiály integrací do van der Waalsových heterostruktur.

Aplikace a technický vývoj

Potenciální aplikace této technologie jsou slibné, od vylepšení optoelektronických zařízení, jako jsou infračervené zářiče, až po terahertzovou optiku pro fyzickou bezpečnost a snímání životního prostředí. Zejména výběr vhodných terahertzových systémů se v posledních letech stal důležitějším, protože dříve často citovaná „terahertzová mezera“ již neexistuje.

V průmyslovém využití jsou zásadní systémy jako Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) a radary FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Použití krátkopulzních laserů umožňuje přesná měření času a spektroskopická vyšetření. Ve srovnání s tím jsou radary FMCW menší, levnější a nabízejí vyšší rychlost měření, i když jejich hloubkové rozlišení je nižší.

V současné době se testují další techniky, jako je křížová korelační spektroskopie a optické FMCW, které by se brzy mohly stát průmyslově připravenými. Výběr nejvhodnější metody probíhá vždy v kontextu konkrétní aplikace, což podtrhuje flexibilitu THz technologie. Nové výsledky výzkumu by také mohly umožnit vysoce výkonný screening materiálu, a tak pokročit ve vývoji efektivnějších THz technologií.