Revolutsioon terahertsivalikus: uued materjalid kompaktse valguse jaoks!

Revolutsioon terahertsivalikus: uued materjalid kompaktse valguse jaoks!

Rahvusvaheline uurimisprojekt, mida juhib Josh Caldwell Vanderbilti ülikoolist ja Aleksander Paarmann Fritz Haberi Instituut on teinud terahertstehnoloogias murrangulisi edusamme. Koostöös Prof Lukas M. Eng Dresdeni tehnikaülikooli teadlased näitasid terahertsi (THz) valguse kokkusurumist nanomõõtmetele.

Ajakirjas Nature Materials 15. septembril 2025 avaldatud tulemused näitavad, kuidas hafniumdikalkogeniidid (HfX2, kus X = S või Se) võimaldavad THz valgust oluliselt kokku suruda. Üle 50 mikromeetri lainepikkused vähendati alla 250 nanomeetri, mille tulemuseks oli minimaalne energiakadu. See kokkusurumine on võrreldav ookeanilainete sulgemisega teetassi, mis illustreerib selle tehnoloogia ulatust ja tõhusust.

Uurimistöö fookuses

THz-tehnoloogia integreerimise väljakutse kompaktsetesse seadmetesse tuleneb THz-valguse pikast lainepikkusest. Kui traditsioonilised materjalid on näinud vaeva THz vahemikus valguse tõhusa kokkusurumisega, pakub uudne hafniumdikalkogeniidi kihiline materjal paljulubavat lahendust. Uuringu eesmärk on uurida valguse ja aine vastastikmõju nano- ja aatomitasandil, millel on kaugeleulatuvad tagajärjed mittelineaarsele optikale.

Uurimisrühm kasutas optilist lähivälja mikroskoopi, mis töötati välja Dresdeni TLÜ ja Dresden-Rossendorfi Helmholtzi keskuse koostöös. Üks peamisi kavatsusi on välja töötada ülikompaktsed THz-resonaatorid ja lainejuhid, mis võivad van der Waalsi heterostruktuuridesse integreerimise kaudu muuta 2D-materjalidega seotud teadusuuringuid.

Rakendused ja tehnilised arengud

Selle tehnoloogia potentsiaalsed rakendused on paljulubavad, alates optoelektrooniliste seadmete, nagu infrapunakiirguse kiirgajate, täiustamisest kuni füüsilise turvalisuse ja keskkonnatuvastuse terahertsoptikani. Eelkõige on viimastel aastatel muutunud olulisemaks sobivate terahertsisüsteemide valik, kuna varem sageli viidatud "terahertsivahe" enam ei eksisteeri.

Tööstuslikus kasutuses on sellised süsteemid nagu Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) ja FMCW radarid (Frequency Modulated Continuous Wave) põhilised. Lühiimpulsslaserite kasutamine võimaldab täpset ajamõõtmist ja spektroskoopilisi uuringuid. Võrdluseks on FMCW radarid väiksemad, odavamad ja pakuvad suuremat mõõtmissagedust, kuigi nende sügavuslahutusvõime on madalam.

Praegu katsetatakse täiendavaid tehnikaid, nagu ristkorrelatsioonispektroskoopia ja optiline FMCW, mis võivad peagi muutuda tööstuslikuks kasutamiseks. Sobivaima meetodi valik toimub alati konkreetse rakenduse kontekstis, mis rõhutab THz tehnoloogia paindlikkust. Uued uurimistulemused võivad võimaldada ka suure läbilaskevõimega materjalide sõelumist ja seega edendada tõhusamate THz-tehnoloogiate arendamist.