科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

美國(guó)范德比爾特大學(xué)與德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)攜手將太赫茲光波實(shí)現(xiàn)納米級(jí)壓縮：將波長(zhǎng)超過(guò)50微米的太赫茲光波壓縮至不足250納米的層狀材料內(nèi)。其不僅有助于深入探索光與物質(zhì)的相互作用，還有望顯著提升光電設(shè)備的性能。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《自然·材料》雜志。

太赫茲光波是頻率在0.1—10太赫茲之間、波長(zhǎng)介于0.03—3毫米的電磁波，位于微波與紅外波段之間。盡管太赫茲光波支持高速數(shù)據(jù)處理，在6G通信、雷達(dá)系統(tǒng)、生物醫(yī)學(xué)、光譜成像及探測(cè)感知等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，但由于其波長(zhǎng)較長(zhǎng)，難以集成進(jìn)緊湊型設(shè)備中，一直是技術(shù)小型化的一大挑戰(zhàn)。

為解決這一難題，團(tuán)隊(duì)選用一種由鉿和硫族元素（如硫或硒）構(gòu)成的層狀材料——鉿二硫?qū)倩?，借助聲子極化子，成功地將波長(zhǎng)超過(guò)50微米的太赫茲光波壓縮到小于250納米的范圍，且能量損失極低。這為實(shí)現(xiàn)更高能效的太赫茲器件奠定了重要基礎(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，團(tuán)隊(duì)使用了部署在德國(guó)亥姆霍茲德累斯頓-羅森多夫中心FELBE自由電子激光裝置上的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡。該顯微鏡具備極高的納米級(jí)成像能力，能夠直接觀測(cè)太赫茲光波在鉿二硫?qū)倩镏械膲嚎s過(guò)程。

團(tuán)隊(duì)表示，該成果突破了太赫茲技術(shù)的現(xiàn)有局限，有望徹底改變光電集成的方式。這一進(jìn)展將推動(dòng)超緊湊型太赫茲諧振器與波導(dǎo)的研發(fā)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、安全成像等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用。此外，將鉿二硫?qū)倩锛芍练兜氯A異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，可進(jìn)一步對(duì)二維材料進(jìn)行研究，為納米級(jí)光電集成開(kāi)辟新路徑。

該研究不僅證實(shí)鉿二硫?qū)倩锸翘掌潙?yīng)用的理想平臺(tái)之一，也為探索光與物質(zhì)在超強(qiáng)甚至深強(qiáng)耦合狀態(tài)下的新物理現(xiàn)象奠定了基礎(chǔ)。未來(lái)，通過(guò)高通量材料篩選，有望發(fā)現(xiàn)更適用于太赫茲技術(shù)的新型材料，推動(dòng)該關(guān)鍵領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新。