Rewolucja w zakresie teraherców: nowe materiały dla kompaktowego światła!

Rewolucja w zakresie teraherców: nowe materiały dla kompaktowego światła!

Międzynarodowy projekt badawczy kierowany przez Josha Caldwella z Uniwersytetu Vanderbilta i Aleksander Paarmann z Instytutu Fritza Habera dokonał przełomowego postępu w technologii terahercowej. We współpracy z Prof. Łukasz M. inż z Politechniki Drezdeńskiej naukowcy zademonstrowali kompresję światła terahercowego (THz) do wymiarów w nanoskali.

Wyniki, opublikowane 15 września 2025 r. w czasopiśmie Nature Materials, pokazują, jak dichalkogenki hafnu (HfX2, gdzie X = S lub Se) umożliwiają znaczną kompresję światła THz. Długości fal powyżej 50 mikrometrów zostały zredukowane do mniej niż 250 nanometrów, co spowodowało minimalne straty energii. Kompresję tę można porównać do zamknięcia fal oceanicznych w filiżance herbaty, co ilustruje skalę i efektywność tej technologii.

W centrum badań

Wyzwanie związane z integracją technologii THz w kompaktowych urządzeniach wynika z dużej długości fali światła THz. Podczas gdy tradycyjne materiały miały trudności z efektywną kompresją światła w zakresie THz, nowatorski materiał warstwowy dichalkogenku hafnu oferuje obiecujące rozwiązanie. Celem badań jest zbadanie interakcji światła i materii na poziomie od nano do atomowego, co ma daleko idące implikacje dla optyki nieliniowej.

Zespół badawczy wykorzystał optyczny mikroskop bliskiego pola, który powstał we współpracy TU Dresden i Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. Jednym z głównych zamierzeń jest opracowanie ultrakompaktowych rezonatorów i falowodów THz, które mogłyby potencjalnie zrewolucjonizować badania nad materiałami 2D poprzez integrację z heterostrukturami van der Waalsa.

Zastosowania i rozwój techniczny

Potencjalne zastosowania tej technologii są obiecujące i obejmują ulepszenia urządzeń optoelektronicznych, takich jak emitery podczerwieni, po optykę terahercową do celów bezpieczeństwa fizycznego i wykrywania środowiska. W szczególności wybór odpowiednich systemów terahercowych stał się w ostatnich latach coraz ważniejszy, ponieważ często cytowana wcześniej „luka terahercowa” już nie istnieje.

W zastosowaniach przemysłowych podstawowe znaczenie mają systemy takie jak terahercowe TDS (spektroskopia w dziedzinie czasu) i radary FMCW (fala ciągła z modulacją częstotliwości). Zastosowanie laserów krótkoimpulsowych umożliwia precyzyjne pomiary czasu i badania spektroskopowe. Dla porównania radary FMCW są mniejsze, tańsze i oferują wyższe prędkości pomiaru, chociaż ich rozdzielczość głębokości jest niższa.

Obecnie testowane są dodatkowe techniki, takie jak spektroskopia korelacji krzyżowej i optyczna FMCW, które wkrótce mogą stać się gotowe do zastosowania przemysłowego. Wybór najodpowiedniejszej metody zawsze odbywa się w kontekście konkretnego zastosowania, co podkreśla elastyczność technologii THz. Nowe wyniki badań mogą również umożliwić wysokowydajne przesiewanie materiałów, a tym samym przyspieszyć rozwój bardziej wydajnych technologii THz.