Revolúcia v terahertzovom rozsahu: Nové materiály pre kompaktné svetlo!

Revolúcia v terahertzovom rozsahu: Nové materiály pre kompaktné svetlo!

Medzinárodný výskumný projekt pod vedením Josh Caldwell z Vanderbiltovej univerzity a Alexander Paarmann z Inštitútu Fritza Haberu urobil prevratný pokrok v terahertzovej technológii. V spolupráci s Lukáš M. Ing z Technickej univerzity v Drážďanoch výskumníci preukázali kompresiu terahertzového (THz) svetla na rozmery nanometrov.

Výsledky publikované 15. septembra 2025 v časopise Nature Materials ukazujú, ako hafnium dichalcogenides (HfX2, kde X = S alebo Se) umožňujú významnú kompresiu THz svetla. Vlnové dĺžky nad 50 mikrometrov boli znížené na menej ako 250 nanometrov, čo malo za následok minimálne straty energie. Táto kompresia je porovnateľná s uzavretím morských vĺn v šálke, čo ilustruje rozsah a účinnosť tejto technológie.

V ohnisku výskumu

Výzva integrácie THz technológie do kompaktných zariadení pramení z dlhej vlnovej dĺžky THz svetla. Zatiaľ čo tradičné materiály majú problémy s účinnou kompresiou svetla v rozsahu THz, nový materiál s vrstvou dichalkogenidu hafnia ponúka sľubné riešenie. Cieľom výskumu je študovať interakciu svetla a hmoty na nano až atómovej úrovni, čo má ďalekosiahle dôsledky pre nelineárnu optiku.

Výskumný tím použil optický mikroskop blízkeho poľa, ktorý bol vyvinutý v spolupráci medzi TU Dresden a Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. Jedným z hlavných zámerov je vyvinúť ultrakompaktné THz rezonátory a vlnovody, ktoré by mohli potenciálne spôsobiť revolúciu vo výskume s 2D materiálmi prostredníctvom integrácie do van der Waalsových heteroštruktúr.

Aplikácie a technický vývoj

Potenciálne aplikácie tejto technológie sú sľubné, od vylepšení v optoelektronických zariadeniach, ako sú infračervené žiariče až po terahertzovú optiku pre fyzickú bezpečnosť a snímanie životného prostredia. Najmä výber vhodných terahertzových systémov sa v posledných rokoch stal dôležitejším, pretože predtým často uvádzaná „terahertzová medzera“ už neexistuje.

Pri priemyselnom použití sú základné systémy ako Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) a radary FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave). Použitie laserov s krátkym pulzom umožňuje presné meranie času a spektroskopické vyšetrenia. Na porovnanie, radary FMCW sú menšie, lacnejšie a ponúkajú vyššiu rýchlosť merania, hoci ich hĺbkové rozlíšenie je nižšie.

V súčasnosti sa testujú ďalšie techniky, ako je krížová korelačná spektroskopia a optické FMCW, ktoré by sa čoskoro mohli stať priemyselnými. Výber najvhodnejšej metódy vždy prebieha v kontexte konkrétnej aplikácie, čo podčiarkuje flexibilitu THz technológie. Nové výsledky výskumu by tiež mohli umožniť vysokovýkonný skríning materiálu a tým pokročiť vo vývoji efektívnejších THz technológií.