Een nieuwe manier om terahertzlicht te controleren voor snellere elektronica

8 september 2025 rapport

door Paul Arnold, Phys.org

medewerker

bewerkt door Lisa Lock, gecontroleerd door Robert Egan

wetenschappelijk redacteur

associatief redacteur

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgden:

gefactcheckt

door collega's beoordeelde publicatie

betrouwbare bron

gecontroleerd op spelling

In een doorbraak voor toekomstgerichte technologieën hebben wetenschappers geleerd hoe ze het gedrag van kleine golven van licht en elektronen nauwkeurig kunnen controleren, wat de weg vrijmaakt voor snellere communicatie en kwantumapparaten.

Het controleren van licht op de kleinste schalen is cruciaal voor het creëren van ongelooflijk kleine, snelle en efficiënte apparaten. In plaats van omvangrijke draden en circuits kunnen we licht gebruiken om informatie over te dragen. Een uitdaging van deze aanpak is dat licht, met zijn relatief grote golflengte, niet gemakkelijk kan worden geconcentreerd in kleine ruimtes.

Echter, in een onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift Light: Science & Applications, hebben onderzoekers een methode ontwikkeld om kleine golven van licht en elektronen genaamd Dirac plasmon polaritons (DPPs) te controleren.

In tegenstelling tot standaard licht kunnen DPPs in minuscule ruimtes worden geperst die honderden keren kleiner zijn dan hun natuurlijke golflengte. Dit betekent dat licht kan worden geconcentreerd en geleid in apparaten op nanoschaal. In dit nieuwe onderzoek toonden de wetenschappers aan hoe ze DPPs in het terahertz (THz) frequentiebereik hebben gecontroleerd. Dit gebied bevindt zich tussen microgolven en infrarood licht in het elektromagnetische spectrum en is een grotendeels onderbelicht deel van het lichtspectrum.

Het onderzoeksteam kon deze golven controleren door gebruik te maken van een speciale klasse van nanomaterialen genaamd topologische isolatoren (TIs). TIs zijn uniek omdat hun interieur zich gedraagt als een elektrische isolator terwijl het oppervlak fungeert als een geleider. Specifiek werkten onderzoekers met een geavanceerd materiaal genaamd epitaxiaal Bi2Se3. Ze rangschikten kleine strips van dit materiaal zij aan zij met openingen ertussen. Het aanpassen van de openingen had twee belangrijke gevolgen.

Ten eerste konden ze de golflengte van de golven afstemmen of controleren, waardoor deze ongeveer 20% korter werd. Ten tweede verlengden ze de dempelingslengte met meer dan 50%. Dit is de afstand die golven kunnen afleggen voordat ze een aanzienlijke hoeveelheid energie verliezen. Deze twee prestaties hebben de belangrijkste uitdagingen van het gebruik van DPPs aangepakt (hogere impuls dan een reguliere lichtbundel en ze verliezen snel energie), waardoor ze praktischer zijn voor toepassingen in de echte wereld.

'Onze resultaten tonen aan dat het mogelijk is om de spectrale respons van Bi2Se3-gebaseerde THz resonatoren aan te passen door de opening te verstellen. Deze kennis kan worden aangenomen als een ontwerpstrategie voor de implementatie van TI-gebaseerde architecturen,' schreven de onderzoekers in hun studie.

Deze doorbraak in het controleren van lichtgolven kan leiden tot de creatie van aanpasbare en energie-efficiënte THz-apparaten. THz-golven kunnen meer gegevens dragen dan de huidige Wi-Fi of 5G, wat snelle downloads en een veiliger netwerk betekent. De technologie kan ook zorgen voor duidelijkere, veiligere medische beeldvorming en de bouwstenen bieden voor krachtigere kwantumcomputers.

Geschreven voor jou door onze auteur Paul Arnold, bewerkt door Lisa Lock, en gefactcheckt en beoordeeld door Robert Egan—dit artikel is het resultaat van zorgvuldig menselijk werk. We vertrouwen op lezers zoals jij om onafhankelijke wetenschapsjournalistiek in leven te houden. Als deze rapportage voor jou van belang is, overweeg dan een donatie (vooral maandelijks). Je krijgt een account zonder advertenties als bedankje.

Meer informatie: Leonardo Viti et al, Tracing terahertz plasmon polaritons with a tunable-by-design dispersion in topological insulator metaelements, Light: Science & Applications (2025). DOI: 10.1038/s41377-025-01884-0

Tijdschriftinformatie: Light: Science & Applications

© 2025 Science X Network