Révolution dans la gamme térahertz : De nouveaux matériaux pour une lumière compacte !

Révolution dans la gamme térahertz : De nouveaux matériaux pour une lumière compacte !

Un projet de recherche international dirigé par Josh Caldwell de l'Université Vanderbilt et Alexandre Paarmann de l'Institut Fritz Haber a réalisé des progrès révolutionnaires dans la technologie térahertz. En collaboration avec Prof. Lukas M. Eng de l'Université technique de Dresde, des chercheurs ont démontré la compression de la lumière térahertz (THz) à des dimensions nanométriques.

Les résultats, publiés le 15 septembre 2025 dans la revue Nature Materials, montrent comment les dichalcogénures d'hafnium (HfX2, où X = S ou Se) permettent une compression significative de la lumière THz. Les longueurs d'onde supérieures à 50 micromètres ont été réduites à moins de 250 nanomètres, ce qui a entraîné une perte d'énergie minimale. Cette compression est comparable au confinement des vagues océaniques dans une tasse de thé, illustrant l’ampleur et l’efficacité de cette technologie.

Au centre de la recherche

Le défi de l’intégration de la technologie THz dans des appareils compacts provient de la longue longueur d’onde de la lumière THz. Alors que les matériaux traditionnels ont eu du mal à comprimer efficacement la lumière dans la gamme THz, le nouveau matériau en couches de dichalcogénure d'hafnium offre une solution prometteuse. La recherche vise à étudier l’interaction de la lumière et de la matière du niveau nanométrique au niveau atomique, ce qui a des implications considérables pour l’optique non linéaire.

L'équipe de recherche a utilisé le microscope optique en champ proche, développé en coopération entre la TU Dresden et le Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. L’une des principales intentions est de développer des résonateurs et des guides d’ondes THz ultra-compacts qui pourraient potentiellement révolutionner la recherche sur les matériaux 2D grâce à leur intégration dans les hétérostructures de Van der Waals.

Applications et évolutions techniques

Les applications potentielles de cette technologie sont prometteuses, allant des améliorations apportées aux dispositifs optoélectroniques tels que les émetteurs infrarouges à l'optique térahertz pour la sécurité physique et la détection environnementale. En particulier, la sélection de systèmes térahertz adaptés est devenue plus importante ces dernières années, car le « fossé térahertz » évoqué précédemment n'existe plus.

En utilisation industrielle, les systèmes tels que les radars Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) et FMCW (Frequency Modulated Continu Wave) sont fondamentaux. L'utilisation de lasers à impulsions courtes permet des mesures de temps précises et des investigations spectroscopiques. En comparaison, les radars FMCW sont plus petits, moins chers et offrent des taux de mesure plus élevés, bien que leur résolution en profondeur soit inférieure.

Des techniques supplémentaires telles que la spectroscopie de corrélation croisée et le FMCW optique sont actuellement testées et pourraient bientôt devenir prêtes pour l'industrie. La sélection de la méthode la plus adaptée s'effectue toujours dans le contexte de l'application spécifique, ce qui souligne la flexibilité de la technologie THz. Les nouveaux résultats de recherche pourraient également permettre un criblage de matériaux à haut débit et ainsi faire progresser le développement de technologies THz plus efficaces.