Revolusjon i terahertz-serien: Nye materialer for kompakt lys!

Revolusjon i terahertz-serien: Nye materialer for kompakt lys!

Et internasjonalt forskningsprosjekt ledet av Josh Caldwell fra Vanderbilt University og Alexander Paarmann fra Fritz Haber Institute har gjort banebrytende fremskritt innen terahertz-teknologi. I samarbeid med Prof. Lukas M. Eng fra det tekniske universitetet i Dresden demonstrerte forskere komprimering av terahertz (THz) lys til nanoskala dimensjoner.

Resultatene, publisert 15. september 2025 i tidsskriftet Nature Materials, viser hvordan hafniumdikalkogenider (HfX2, hvor X = S eller Se) muliggjør betydelig komprimering av THz-lys. Bølgelengder på over 50 mikrometer ble redusert til mindre enn 250 nanometer, noe som resulterte i minimalt energitap. Denne kompresjonen kan sammenlignes med å begrense havbølger i en tekopp, og illustrerer omfanget og effektiviteten til denne teknologien.

I fokus for forskning

Utfordringen med å integrere THz-teknologi i kompakte enheter stammer fra den lange bølgelengden til THz-lys. Mens tradisjonelle materialer har slitt med å effektivt komprimere lys i THz-området, tilbyr det nye lagdelte hafniumdikalkogenid-materialet en lovende løsning. Forskningen tar sikte på å studere samspillet mellom lys og materie på nano- til atomnivå, som har vidtrekkende implikasjoner for ikke-lineær optikk.

Forskerteamet brukte det optiske nærfeltsmikroskopet, som ble utviklet i samarbeid mellom TU Dresden og Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. En av hovedintensjonene er å utvikle ultrakompakte THz-resonatorer og bølgeledere som potensielt kan revolusjonere forskning med 2D-materialer gjennom integrering i van der Waals heterostrukturer.

Applikasjoner og teknisk utvikling

De potensielle bruksområdene til denne teknologien er lovende, alt fra forbedringer i optoelektroniske enheter som infrarøde sendere til terahertz-optikk for fysisk sikkerhet og miljøføling. Spesielt har valg av passende terahertz-systemer blitt viktigere de siste årene fordi det tidligere ofte siterte "terahertz-gapet" ikke lenger eksisterer.

Ved industriell bruk er systemer som Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) og FMCW-radarer (Frequency Modulated Continuous Wave) grunnleggende. Bruken av kortpulslasere muliggjør nøyaktige tidsmålinger og spektroskopiske undersøkelser. Til sammenligning er FMCW-radarer mindre, billigere og tilbyr høyere målehastigheter, selv om deres dybdeoppløsning er lavere.

Ytterligere teknikker som krysskorrelasjonsspektroskopi og optisk FMCW blir for tiden testet og kan snart bli industriklar. Valget av den mest passende metoden skjer alltid i sammenheng med den spesifikke applikasjonen, noe som understreker fleksibiliteten til THz-teknologi. De nye forskningsresultatene kan også muliggjøre materialscreening med høy gjennomstrømning og dermed fremme utviklingen av mer effektive THz-teknologier.