Revolution i terahertz-serien: Nye materialer til kompakt lys!

Revolution i terahertz-serien: Nye materialer til kompakt lys!

Et internationalt forskningsprojekt ledet af Josh Caldwell fra Vanderbilt University og Alexander Paarmann fra Fritz Haber Institute har gjort banebrydende fremskridt inden for terahertz-teknologi. I samarbejde med Prof. Lukas M. Eng fra det tekniske universitet i Dresden demonstrerede forskere komprimering af terahertz (THz) lys til nanoskala dimensioner.

Resultaterne, offentliggjort den 15. september 2025 i tidsskriftet Nature Materials, viser, hvordan hafnium dichalcogenides (HfX2, hvor X = S eller Se) muliggør betydelig komprimering af THz-lys. Bølgelængder på over 50 mikrometer blev reduceret til mindre end 250 nanometer, hvilket resulterede i minimalt energitab. Denne kompression kan sammenlignes med at begrænse havbølger i en tekop, hvilket illustrerer omfanget og effektiviteten af ​​denne teknologi.

I fokus for forskning

Udfordringen med at integrere THz-teknologi i kompakte enheder stammer fra den lange bølgelængde af THz-lys. Mens traditionelle materialer har kæmpet for effektivt at komprimere lys i THz-området, tilbyder det nye lagdelte hafnium-dichalcogenid-materiale en lovende løsning. Forskningen sigter mod at studere interaktionen mellem lys og stof på nano- til atomniveau, hvilket har vidtrækkende implikationer for ikke-lineær optik.

Forskerholdet brugte det optiske nærfeltsmikroskop, som blev udviklet i samarbejde mellem TU Dresden og Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. En af hovedintentionerne er at udvikle ultrakompakte THz-resonatorer og bølgeledere, der potentielt kan revolutionere forskning med 2D-materialer gennem integration i van der Waals heterostrukturer.

Applikationer og teknisk udvikling

De potentielle anvendelser af denne teknologi er lovende, lige fra forbedringer i optoelektroniske enheder såsom infrarøde emittere til terahertz-optik til fysisk sikkerhed og miljøføling. Især valget af passende terahertz-systemer er blevet vigtigere i de senere år, fordi det tidligere ofte nævnte "terahertz-gab" ikke længere eksisterer.

I industriel brug er systemer som Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) og FMCW-radarer (Frequency Modulated Continuous Wave) fundamentale. Brugen af ​​kortpulslasere muliggør præcise tidsmålinger og spektroskopiske undersøgelser. Til sammenligning er FMCW-radarer mindre, billigere og tilbyder højere målehastigheder, selvom deres dybdeopløsning er lavere.

Yderligere teknikker såsom krydskorrelationsspektroskopi og optisk FMCW bliver i øjeblikket testet og kan snart blive industriklar. Udvælgelsen af ​​den bedst egnede metode sker altid i sammenhæng med den specifikke applikation, hvilket understreger THz-teknologiens fleksibilitet. De nye forskningsresultater kan også muliggøre high-throughput materialescreening og dermed fremme udviklingen af ​​mere effektive THz-teknologier.