Forradalom a terahertzes tartományban: Új anyagok a kompakt fényhez!

Forradalom a terahertzes tartományban: Új anyagok a kompakt fényhez!

által vezetett nemzetközi kutatási projekt Josh Caldwell a Vanderbilt Egyetemről és Sándor Paarmann a Fritz Haber Intézettől áttörő előrelépést tett a terahertz technológia terén. -vel együttműködve Prof. Lukas M. Eng A Drezdai Műszaki Egyetem kutatói bemutatták a terahertzes (THz) fény nanoméretű méretekre való tömörítését.

A Nature Materials folyóiratban 2025. szeptember 15-én közzétett eredmények azt mutatják, hogy a hafnium-dikalkogenidek (HfX2, ahol X = S vagy Se) hogyan teszik lehetővé a THz-es fény jelentős kompresszióját. Az 50 mikrométert meghaladó hullámhosszakat 250 nanométer alá csökkentették, ami minimális energiaveszteséget eredményezett. Ez a tömörítés összehasonlítható az óceán hullámainak teáscsészébe zárásával, ami szemlélteti ennek a technológiának a mértékét és hatékonyságát.

A kutatás fókuszában

A THz-es technológia kompakt eszközökbe történő integrálásának kihívása a THz-es fény hosszú hullámhosszából fakad. Míg a hagyományos anyagok a THz-es tartományban küzdöttek a fény hatékony tömörítéséért, az új hafnium-dikalkogenid rétegű anyag ígéretes megoldást kínál. A kutatás célja a fény és az anyag kölcsönhatásának tanulmányozása nano és atomi szinten, aminek messzemenő hatásai vannak a nemlineáris optikára.

A kutatócsoport az optikai közelmezős mikroszkópot használta, amelyet a Dresden TU és a Helmholtz Center Dresden-Rossendorf együttműködésében fejlesztettek ki. Az egyik fő szándék az ultrakompakt THz-es rezonátorok és hullámvezetők kifejlesztése, amelyek a van der Waals-féle heterostruktúrákba való integráció révén forradalmasíthatják a 2D-s anyagokkal kapcsolatos kutatást.

Alkalmazások és műszaki fejlesztések

Ennek a technológiának a lehetséges alkalmazásai ígéretesek, az optoelektronikai eszközök, például az infravörös sugárzók fejlesztésétől a fizikai biztonságot és a környezeti érzékelést szolgáló terahertzes optikáig. Különösen a megfelelő terahertz rendszerek kiválasztása vált fontosabbá az elmúlt években, mert a korábban gyakran hivatkozott „terahertz-rés” már nem létezik.

Az ipari felhasználásban az olyan rendszerek alapvetőek, mint a Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) és az FMCW radarok (Frequency Modulated Continuous Wave). A rövid impulzusú lézerek használata pontos időmérést és spektroszkópiai vizsgálatokat tesz lehetővé. Összehasonlításképpen az FMCW radarok kisebbek, olcsóbbak és nagyobb mérési arányt kínálnak, bár mélységi felbontásuk kisebb.

További technikákat, például keresztkorrelációs spektroszkópiát és optikai FMCW-t jelenleg tesztelnek, és hamarosan ipari használatra alkalmassá válhatnak. A legmegfelelőbb módszer kiválasztása mindig az adott alkalmazással összefüggésben történik, ami kiemeli a THz technológia rugalmasságát. Az új kutatási eredmények nagy áteresztőképességű anyagszűrést is lehetővé tehetnek, és ezáltal előmozdíthatják a hatékonyabb THz-es technológiák fejlesztését.