Revolución en el rango de los terahercios: ¡Nuevos materiales para una luz compacta!

Revolución en el rango de los terahercios: ¡Nuevos materiales para una luz compacta!

Un proyecto de investigación internacional liderado por jose caldwell de la Universidad de Vanderbilt y Alejandro Paarmann del Instituto Fritz Haber ha logrado avances revolucionarios en la tecnología de terahercios. En colaboración con Prof. Lukas M. Eng Los investigadores de la Universidad Técnica de Dresde demostraron la compresión de la luz en terahercios (THz) a dimensiones nanométricas.

Los resultados, publicados el 15 de septiembre de 2025 en la revista Nature Materials, muestran cómo los dicalcogenuros de hafnio (HfX2, donde X = S o Se) permiten una compresión significativa de la luz THz. Las longitudes de onda de más de 50 micrómetros se redujeron a menos de 250 nanómetros, lo que resultó en una pérdida de energía mínima. Esta compresión es comparable a confinar las olas del océano en una taza de té, lo que ilustra la escala y la eficiencia de esta tecnología.

En el foco de la investigación

El desafío de integrar la tecnología THz en dispositivos compactos surge de la larga longitud de onda de la luz THz. Si bien los materiales tradicionales han tenido dificultades para comprimir eficazmente la luz en el rango de THz, el novedoso material en capas de dicalcogenuro de hafnio ofrece una solución prometedora. La investigación tiene como objetivo estudiar la interacción de la luz y la materia desde el nivel nano hasta el atómico, lo que tiene implicaciones de gran alcance para la óptica no lineal.

El equipo de investigación utilizó el microscopio óptico de campo cercano, desarrollado en colaboración entre la Universidad Técnica de Dresde y el Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf. Una de las principales intenciones es desarrollar resonadores y guías de ondas THz ultracompactos que podrían revolucionar la investigación con materiales 2D mediante su integración en heteroestructuras de van der Waals.

Aplicaciones y desarrollos técnicos

Las aplicaciones potenciales de esta tecnología son prometedoras y van desde mejoras en dispositivos optoelectrónicos como emisores de infrarrojos hasta ópticas de terahercios para seguridad física y detección ambiental. En particular, la selección de sistemas de terahercios adecuados se ha vuelto más importante en los últimos años, porque la tan mencionada "brecha de terahercios" ya no existe.

En el uso industrial, sistemas como los Terahertz TDS (Time Domain Spectroscope) y los radares FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) son fundamentales. El uso de láseres de pulso corto permite mediciones de tiempo precisas e investigaciones espectroscópicas. En comparación, los radares FMCW son más pequeños, más baratos y ofrecen velocidades de medición más altas, aunque su resolución de profundidad es menor.

Actualmente se están probando técnicas adicionales, como la espectroscopia de correlación cruzada y el FMCW óptico, que pronto podrían estar listas para la industria. La selección del método más adecuado siempre se realiza en el contexto de la aplicación específica, lo que subraya la flexibilidad de la tecnología THz. Los nuevos resultados de la investigación también podrían permitir la detección de materiales de alto rendimiento y así avanzar en el desarrollo de tecnologías THz más eficientes.