Επανάσταση στη σειρά terahertz: Νέα υλικά για συμπαγές φως!

Επανάσταση στη σειρά terahertz: Νέα υλικά για συμπαγές φως!

Ένα διεθνές ερευνητικό πρόγραμμα με επικεφαλής τον Τζος Κάλντγουελ από το Πανεπιστήμιο Vanderbilt και Alexander Paarmann από το Ινστιτούτο Fritz Haber έχει κάνει πρωτοποριακές προόδους στην τεχνολογία terahertz. Σε συνεργασία με Καθ. Lukas M. Eng από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δρέσδης, οι ερευνητές απέδειξαν τη συμπίεση του φωτός terahertz (THz) σε διαστάσεις νανοκλίμακας.

Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύτηκαν στις 15 Σεπτεμβρίου 2025 στο περιοδικό Nature Materials, δείχνουν πώς τα διχαλκογονίδια του αφνίου (HfX2, όπου X = S ή Se) επιτρέπουν σημαντική συμπίεση του φωτός THz. Μήκη κύματος άνω των 50 μικρομέτρων μειώθηκαν σε λιγότερο από 250 νανόμετρα, γεγονός που είχε ως αποτέλεσμα την ελάχιστη απώλεια ενέργειας. Αυτή η συμπίεση είναι συγκρίσιμη με τον περιορισμό των κυμάτων του ωκεανού σε ένα φλιτζάνι τσαγιού, απεικονίζοντας την κλίμακα και την αποτελεσματικότητα αυτής της τεχνολογίας.

Στο επίκεντρο της έρευνας

Η πρόκληση της ενσωμάτωσης της τεχνολογίας THz σε συμπαγείς συσκευές πηγάζει από το μεγάλο μήκος κύματος του φωτός THz. Ενώ τα παραδοσιακά υλικά δυσκολεύονται να συμπιέσουν αποτελεσματικά το φως στην περιοχή THz, το νέο υλικό με στρώματα διχαλκογονιδίου του αφνίου προσφέρει μια πολλά υποσχόμενη λύση. Η έρευνα στοχεύει να μελετήσει την αλληλεπίδραση φωτός και ύλης σε νανο-ατομικό επίπεδο, η οποία έχει εκτεταμένες επιπτώσεις για τη μη γραμμική οπτική.

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε το οπτικό μικροσκόπιο κοντινού πεδίου, το οποίο αναπτύχθηκε σε συνεργασία μεταξύ του TU Dresden και του Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. Μία από τις κύριες προθέσεις είναι η ανάπτυξη εξαιρετικά συμπαγών συντονιστών και κυματοδηγών THz που θα μπορούσαν ενδεχομένως να φέρουν επανάσταση στην έρευνα με δισδιάστατα υλικά μέσω της ενσωμάτωσης σε ετεροδομές van der Waals.

Εφαρμογές και τεχνικές εξελίξεις

Οι πιθανές εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας είναι ελπιδοφόρες, που κυμαίνονται από βελτιώσεις σε οπτοηλεκτρονικές συσκευές, όπως πομπούς υπέρυθρων έως οπτικά terahertz για φυσική ασφάλεια και περιβαλλοντική ανίχνευση. Ειδικότερα, η επιλογή των κατάλληλων συστημάτων terahertz έχει γίνει πιο σημαντική τα τελευταία χρόνια επειδή το «κενό terahertz» που αναφέρθηκε συχνά δεν υπάρχει πλέον.

Στη βιομηχανική χρήση, συστήματα όπως το Terahertz TDS (Φασματοσκοπία Τομέα Χρόνου) και τα ραντάρ FMCW (Συνεχές Κύμα Διαμορφωμένου Συχνότητας) είναι θεμελιώδη. Η χρήση λέιζερ βραχέων παλμών επιτρέπει ακριβείς χρονικές μετρήσεις και φασματοσκοπικές έρευνες. Συγκριτικά, τα ραντάρ FMCW είναι μικρότερα, φθηνότερα και προσφέρουν υψηλότερους ρυθμούς μέτρησης, αν και η ανάλυση βάθους τους είναι χαμηλότερη.

Πρόσθετες τεχνικές όπως η φασματοσκοπία διασυσχέτισης και το οπτικό FMCW δοκιμάζονται επί του παρόντος και θα μπορούσαν σύντομα να γίνουν βιομηχανικά έτοιμες. Η επιλογή της καταλληλότερης μεθόδου γίνεται πάντα στο πλαίσιο της συγκεκριμένης εφαρμογής, γεγονός που υπογραμμίζει την ευελιξία της τεχνολογίας THz. Τα νέα ερευνητικά αποτελέσματα θα μπορούσαν επίσης να επιτρέψουν τον έλεγχο υλικών υψηλής απόδοσης και έτσι να προωθήσουν την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών τεχνολογιών THz.