Revolūcija terahercu diapazonā: jauni materiāli kompaktai gaismai!

Revolūcija terahercu diapazonā: jauni materiāli kompaktai gaismai!

Starptautisks pētniecības projekts, kuru vadīja Džošs Koldvels no Vanderbiltas universitātes un Aleksandrs Pārmans no Fritz Haber Institute ir panācis revolucionārus sasniegumus terahercu tehnoloģijā. Sadarbībā ar Prof. Lukas M. Inž Drēzdenes Tehniskās universitātes pētnieki demonstrēja terahercu (THz) gaismas saspiešanu līdz nanomēroga izmēriem.

Rezultāti, kas publicēti 2025. gada 15. septembrī žurnālā Nature Materials, parāda, kā hafnija dihalkogenīdi (HfX2, kur X = S vai Se) nodrošina ievērojamu THz gaismas saspiešanu. Viļņu garums, kas pārsniedz 50 mikrometrus, tika samazināts līdz mazāk nekā 250 nanometriem, kā rezultātā tika samazināts minimāls enerģijas zudums. Šī saspiešana ir salīdzināma ar okeāna viļņu ieslodzīšanu tējas tasē, kas ilustrē šīs tehnoloģijas mērogu un efektivitāti.

Pētījuma fokusā

Izaicinājums integrēt THz tehnoloģiju kompaktās ierīcēs izriet no THz gaismas garā viļņa garuma. Lai gan tradicionālie materiāli ir cīnījušies, lai efektīvi saspiestu gaismu THz diapazonā, jaunais hafnija dihalkogenīda slāņveida materiāls piedāvā daudzsološu risinājumu. Pētījuma mērķis ir izpētīt gaismas un matērijas mijiedarbību nano līdz atomu līmenī, kam ir tālejoša ietekme uz nelineāro optiku.

Pētnieku grupa izmantoja optisko tuvā lauka mikroskopu, kas tika izstrādāts sadarbībā starp TU Drēzdenes un Helmholtz centru Drēzdenes-Rosendorfas. Viens no galvenajiem nodomiem ir izstrādāt īpaši kompaktus THz rezonatorus un viļņvadus, kas varētu potenciāli mainīt pētniecību ar 2D materiāliem, integrējot van der Vālsa heterostruktūrās.

Lietojumprogrammas un tehniskā attīstība

Šīs tehnoloģijas potenciālie pielietojumi ir daudzsološi, sākot no optoelektronisko ierīču, piemēram, infrasarkano staru izstarotāju, uzlabojumiem līdz terahercu optikai fiziskai drošībai un vides uztveršanai. Jo īpaši piemērotu terahercu sistēmu izvēle pēdējos gados ir kļuvusi svarīgāka, jo iepriekš bieži pieminētā "terahercu sprauga" vairs nepastāv.

Rūpnieciskā lietošanā tādas sistēmas kā Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) un FMCW radari (Frequency Modulated Continuous Wave) ir būtiskas. Īsu impulsu lāzeru izmantošana ļauj veikt precīzus laika mērījumus un spektroskopiskus izmeklējumus. Salīdzinājumam, FMCW radari ir mazāki, lētāki un piedāvā lielāku mērījumu ātrumu, lai gan to dziļuma izšķirtspēja ir zemāka.

Pašlaik tiek pārbaudītas papildu metodes, piemēram, savstarpējās korelācijas spektroskopija un optiskā FMCW, un tās drīzumā varētu kļūt gatavas rūpnieciskai lietošanai. Piemērotākās metodes izvēle vienmēr notiek konkrētā pielietojuma kontekstā, kas uzsver THz tehnoloģijas elastību. Jaunie pētījumu rezultāti varētu arī nodrošināt augstas caurlaidības materiālu skrīningu un tādējādi veicināt efektīvāku THz tehnoloģiju izstrādi.