Revolution i terahertz-serien: Nya material för kompakt ljus!

Revolution i terahertz-serien: Nya material för kompakt ljus!

Ett internationellt forskningsprojekt som leds av Josh Caldwell från Vanderbilt University och Alexander Paarmann från Fritz Haber Institute har gjort banbrytande framsteg inom terahertz-teknologi. I samarbete med Prof. Lukas M. Eng från Technical University of Dresden visade forskare komprimering av terahertz (THz) ljus till nanoskala dimensioner.

Resultaten, publicerade 15 september 2025 i tidskriften Nature Materials, visar hur hafniumdikalkogenider (HfX2, där X = S eller Se) möjliggör betydande komprimering av THz-ljus. Våglängder på över 50 mikrometer reducerades till mindre än 250 nanometer, vilket resulterade i minimal energiförlust. Denna kompression är jämförbar med att begränsa havsvågor i en tekopp, vilket illustrerar skalan och effektiviteten hos denna teknik.

I forskningens fokus

Utmaningen med att integrera THz-teknik i kompakta enheter härrör från den långa våglängden hos THz-ljus. Medan traditionella material har kämpat för att effektivt komprimera ljus i THz-intervallet, erbjuder det nya hafniumdikalkogenidskiktet en lovande lösning. Forskningen syftar till att studera interaktionen mellan ljus och materia på nano- till atomnivå, vilket har långtgående konsekvenser för icke-linjär optik.

Forskargruppen använde det optiska närfältsmikroskopet, som utvecklats i samarbete mellan TU Dresden och Helmholtz Center Dresden-Rossendorf. En av huvudintentionerna är att utveckla ultrakompakta THz-resonatorer och vågledare som potentiellt skulle kunna revolutionera forskning med 2D-material genom integration i van der Waals heterostrukturer.

Applikationer och teknisk utveckling

De potentiella tillämpningarna av denna teknik är lovande, allt från förbättringar av optoelektroniska enheter som infraröda strålar till terahertz-optik för fysisk säkerhet och miljöavkänning. I synnerhet har valet av lämpliga terahertz-system blivit viktigare de senaste åren eftersom det tidigare ofta citerade "terahertz-gapet" inte längre existerar.

Vid industriell användning är system som Terahertz TDS (Time Domain Spectroscopy) och FMCW-radar (Frequency Modulated Continuous Wave) grundläggande. Användningen av kortpulslasrar möjliggör exakta tidsmätningar och spektroskopiska undersökningar. I jämförelse är FMCW-radarer mindre, billigare och erbjuder högre mäthastigheter, även om deras djupupplösning är lägre.

Ytterligare tekniker som korskorrelationsspektroskopi och optisk FMCW testas för närvarande och kan snart bli industriellt redo. Valet av den mest lämpliga metoden sker alltid i samband med den specifika applikationen, vilket understryker flexibiliteten hos THz-tekniken. De nya forskningsresultaten kan också möjliggöra materialscreening med hög genomströmning och därmed främja utvecklingen av effektivare THz-tekniker.