Rivoluzione nella gamma dei terahertz: nuovi materiali per una luce compatta!

Rivoluzione nella gamma dei terahertz: nuovi materiali per una luce compatta!

Un progetto di ricerca internazionale guidato da Josh Caldwell dalla Vanderbilt University e Alessandro Paarmann del Fritz Haber Institute ha fatto progressi rivoluzionari nella tecnologia terahertz. In collaborazione con Prof. Lukas M. Ing dell'Università Tecnica di Dresda, i ricercatori hanno dimostrato la compressione della luce terahertz (THz) fino a dimensioni su scala nanometrica.

I risultati, pubblicati il ​​15 settembre 2025 sulla rivista Nature Materials, mostrano come i dicalcogenidi di afnio (HfX2, dove X = S o Se) consentono una compressione significativa della luce THz. Le lunghezze d'onda superiori a 50 micrometri sono state ridotte a meno di 250 nanometri, con una conseguente perdita di energia minima. Questa compressione è paragonabile al confinamento delle onde dell’oceano in una tazza da tè, a dimostrazione della portata e dell’efficienza di questa tecnologia.

Al centro della ricerca

La sfida di integrare la tecnologia THz in dispositivi compatti deriva dalla lunga lunghezza d’onda della luce THz. Mentre i materiali tradizionali hanno faticato a comprimere efficacemente la luce nella gamma dei THz, il nuovo materiale stratificato di dicalcogenuro di afnio offre una soluzione promettente. La ricerca mira a studiare l’interazione tra luce e materia a livello nano-atomico, che ha implicazioni di vasta portata per l’ottica non lineare.

Il gruppo di ricerca ha utilizzato il microscopio ottico a campo vicino, sviluppato in collaborazione tra la TU Dresden e il Centro Helmholtz Dresden-Rossendorf. Una delle intenzioni principali è sviluppare risonatori THz e guide d'onda ultracompatti che potrebbero potenzialmente rivoluzionare la ricerca con materiali 2D attraverso l'integrazione nelle eterostrutture di van der Waals.

Applicazioni e sviluppi tecnici

Le potenziali applicazioni di questa tecnologia sono promettenti e vanno dai miglioramenti nei dispositivi optoelettronici come gli emettitori a infrarossi all'ottica terahertz per la sicurezza fisica e il rilevamento ambientale. In particolare, negli ultimi anni la scelta dei sistemi terahertz adatti è diventata più importante perché il “gap terahertz” spesso citato in precedenza non esiste più.

Nell’uso industriale sono fondamentali sistemi come Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) e radar FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). L'uso di laser a impulsi brevi consente misurazioni temporali precise e indagini spettroscopiche. In confronto, i radar FMCW sono più piccoli, più economici e offrono velocità di misurazione più elevate, sebbene la loro risoluzione di profondità sia inferiore.

Ulteriori tecniche come la spettroscopia a correlazione incrociata e l'FMCW ottico sono attualmente in fase di test e potrebbero presto diventare pronte per l'industria. La scelta del metodo più adatto avviene sempre nel contesto dell'applicazione specifica, il che sottolinea la flessibilità della tecnologia THz. I nuovi risultati della ricerca potrebbero anche consentire lo screening dei materiali ad alto rendimento e quindi promuovere lo sviluppo di tecnologie THz più efficienti.