Revoluție în gama teraherți: noi materiale pentru lumină compactă!

Revoluție în gama teraherți: noi materiale pentru lumină compactă!

Un proiect de cercetare internațional condus de Josh Caldwell de la Universitatea Vanderbilt și Alexander Paarmann de la Institutul Fritz Haber a făcut progrese inovatoare în tehnologia terahertz. În colaborare cu prof. Lukas M. ing de la Universitatea Tehnică din Dresda, cercetătorii au demonstrat comprimarea luminii în teraherți (THz) la dimensiunile la scară nanometrică.

Rezultatele, publicate pe 15 septembrie 2025 în revista Nature Materials, arată cum dicalcogenurile de hafniu (HfX2, unde X = S sau Se) permit o comprimare semnificativă a luminii THz. Lungimi de undă de peste 50 de micrometri au fost reduse la mai puțin de 250 de nanometri, ceea ce a dus la pierderi minime de energie. Această compresie este comparabilă cu limitarea valurilor oceanului într-o ceașcă de ceai, ilustrând amploarea și eficiența acestei tehnologii.

În centrul cercetării

Provocarea integrării tehnologiei THz în dispozitive compacte provine din lungimea de undă mare a luminii THz. În timp ce materialele tradiționale s-au luptat să comprima eficient lumina în intervalul THz, noul material stratificat cu dicalcogenură de hafniu oferă o soluție promițătoare. Cercetarea își propune să studieze interacțiunea luminii și materiei la nivel nano-atomic, ceea ce are implicații de anvergură pentru optica neliniară.

Echipa de cercetare a folosit microscopul optic de câmp apropiat, care a fost dezvoltat în cooperare între TU Dresda și Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. Una dintre principalele intenții este de a dezvolta rezonatoare THz ultracompacte și ghiduri de undă care ar putea revoluționa cercetarea cu materiale 2D prin integrarea în heterostructurile van der Waals.

Aplicații și dezvoltări tehnice

Aplicațiile potențiale ale acestei tehnologii sunt promițătoare, variind de la îmbunătățiri ale dispozitivelor optoelectronice, cum ar fi emițătorii de infraroșu, până la optica terahertz pentru securitatea fizică și detectarea mediului. În special, selecția sistemelor adecvate de teraherți a devenit mai importantă în ultimii ani, deoarece „decalajul de teraherți” menționat anterior nu mai există.

În uz industrial, sisteme precum Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) și radarele FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) sunt fundamentale. Utilizarea laserelor cu impulsuri scurte permite măsurători precise ale timpului și investigații spectroscopice. În comparație, radarele FMCW sunt mai mici, mai ieftine și oferă rate de măsurare mai mari, deși rezoluția lor de adâncime este mai mică.

Tehnici suplimentare, cum ar fi spectroscopia de corelație încrucișată și FMCW optic, sunt în prezent testate și ar putea deveni în curând pregătite pentru industria. Selectarea celei mai potrivite metode are loc întotdeauna în contextul aplicației specifice, ceea ce subliniază flexibilitatea tehnologiei THz. Noile rezultate ale cercetării ar putea, de asemenea, să permită screening-ul materialului cu randament ridicat și, astfel, să avanseze dezvoltarea unor tehnologii THz mai eficiente.