Revolucija u području teraherca: Novi materijali za kompaktno svjetlo!

Revolucija u području teraherca: Novi materijali za kompaktno svjetlo!

Međunarodni istraživački projekt pod vodstvom Josh Caldwell sa Sveučilišta Vanderbilt i Alexander Paarmann s Instituta Fritz Haber napravio je revolucionarni napredak u terahertz tehnologiji. U suradnji s Lukas M. inž s Tehničkog sveučilišta u Dresdenu, istraživači su demonstrirali kompresiju terahercnog (THz) svjetla do dimenzija nanomjera.

Rezultati, objavljeni 15. rujna 2025. u časopisu Nature Materials, pokazuju kako hafnijevi dihalkogenidi (HfX2, gdje je X = S ili Se) omogućuju značajnu kompresiju THz svjetlosti. Valne duljine od preko 50 mikrometara smanjene su na manje od 250 nanometara, što je rezultiralo minimalnim gubitkom energije. Ova kompresija je usporediva sa zatvaranjem oceanskih valova u šalicu za čaj, što ilustrira razmjere i učinkovitost ove tehnologije.

Im Fokus der Forschung

Izazov integriranja THz tehnologije u kompaktne uređaje proizlazi iz duge valne duljine THz svjetlosti. Dok su se tradicionalni materijali borili za učinkovito komprimiranje svjetlosti u THz rasponu, novi hafnij dihalkogenidni slojeviti materijal nudi obećavajuće rješenje. Istraživanje ima za cilj proučavanje interakcije svjetlosti i materije na nano do atomskoj razini, što ima dalekosežne implikacije za nelinearnu optiku.

Istraživački tim koristio se optičkim mikroskopom bliskog polja koji je razvijen u suradnji između TU Dresden i Helmholtz centra Dresden-Rossendorf. Jedna od glavnih namjera je razviti ultrakompaktne THz rezonatore i valovode koji bi potencijalno mogli revolucionirati istraživanja s 2D materijalima kroz integraciju u van der Waalsove heterostrukture.

Primjene i tehnički razvoj

Potencijalne primjene ove tehnologije su obećavajuće, u rasponu od poboljšanja u optoelektroničkim uređajima kao što su infracrveni emiteri do terahercne optike za fizičku sigurnost i senzore okoliša. Konkretno, odabir prikladnih terahercnih sustava postao je važniji posljednjih godina jer prethodno često spominjani "terahercni jaz" više ne postoji.

U industrijskoj su uporabi temeljni sustavi kao što su Terahertz TDS (Spektoskopija vremenske domene) i FMCW radari (Frekventno modulirani kontinuirani valovi). Korištenje lasera s kratkim impulsima omogućuje precizna mjerenja vremena i spektroskopska istraživanja. Za usporedbu, FMCW radari su manji, jeftiniji i nude veće stope mjerenja, iako je njihova rezolucija dubine manja.

Dodatne tehnike kao što su unakrsna korelacijska spektroskopija i optički FMCW trenutno se testiraju i uskoro bi mogle postati spremne za industriju. Odabir najprikladnije metode uvijek se odvija u kontekstu specifične primjene, što naglašava fleksibilnost THz tehnologije. Novi rezultati istraživanja također bi mogli omogućiti provjeru materijala visoke propusnosti i tako unaprijediti razvoj učinkovitijih THz tehnologija.