En ny metod för att kontrollera terahertzljus för snabbare elektronik
8 september 2025 rapport
av Paul Arnold, Phys.org
medarbetare
redigerad av Lisa Lock, granskad av Robert Egan
vetenskaplig redaktör
biträdande redaktör
Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och riktlinjer. Redaktörerna har framhävt följande egenskaper samtidigt som de säkerställt innehållets trovärdighet:
faktagranskad
granskad av kollegor
pålitlig källa
korrekturläst
I ett genombrott för nästa generations teknologier har forskare lärt sig hur man exakt kontrollerar beteendet hos små vågor av ljus och elektroner, vilket banar väg för snabbare kommunikation och kvantdatorer.
Att kontrollera ljus på de minsta skalorna är avgörande för att skapa otroligt små, snabba och effektiva enheter. Istället för klumpiga kablar och kretsar kan vi använda ljus för att överföra information. En utmaning med detta tillvägagångssätt är att ljus, med sin relativt stora våglängd, inte enkelt kan begränsas till små utrymmen.
Emellertid har forskare i en studie publicerad i tidskriften Light: Science & Applications utvecklat en metod för att kontrollera små vågor av ljus och elektroner kallade Dirac plasmon polaritoner (DPP:er).
Till skillnad från vanligt ljus kan DPP:er tränga in i små utrymmen som är hundratals gånger mindre än deras naturliga våglängd. Detta innebär att ljus kan begränsas och styras i enheter på nanoskalan. I denna nya forskning demonstrerade forskarna hur de kontrollerade DPP:er i terahertz (THz) frekvensområdet. Denna region befinner sig mellan mikrovågor och infrarött ljus i det elektromagnetiska spektrumet och är en i h hög grad outnyttjad del av ljusspektrumet.
Forskargruppen kunde kontrollera dessa vågor genom att använda en speciell klass av nanomaterial som kallas topologiska isolatorer (TIs). TIs är unika eftersom deras inre fungerar som en elektrisk isolator medan ytan fungerar som en ledare. Mer specifikt arbetade forskarna med ett avancerat material som kallas epitaxialt Bi2Se3. De ordnade små remsor av detta material sida vid sida med mellanrum mellan dem. Att justera mellanrummen hade två viktiga konsekvenser.
För det första kunde de stämma av eller kontrollera våglängden hos vågorna, vilket gjorde den cirka 20 % kortare. För det andra förlängde de dämpningslängden med över 50 %. Detta är det avstånd som vågor kan färdas innan de förlorar en betydande mängd energi. Dessa två prestationer hanterade de huvudsakliga utmaningarna med att använda DPP:er (högre rörelsemängd än en vanlig ljusbunt, och de förlorar energi snabbt), vilket gör dem mer praktiska för verkliga tillämpningar.
”Våra resultat visar att det är möjligt att anpassa den spektrala responsen hos Bi2Se3-baserade THz-resonatorer genom att justera mellanrummet. Denna kunskap kan antas som en designstrategi för genomförandet av TI-baserade arkitekturer,” skrev forskarna i sin studie.
Detta genombrott i att kontrollera ljusvågor skulle kunna leda till skapandet av justerbara och energieffektiva THz-enheter. THz-vågor kan bära mer data än nuvarande Wi-Fi eller 5G, vilket innebär blixtsnabba nedladdningar och ett säkrare nätverk. Tekniken skulle även kunna skapa tydligare, säkrare medicinsk avbildning och ge byggstenarna för kraftfullare kvantdatorer.
Skriven för dig av vår författare Paul Arnold, redigerad av Lisa Lock, och faktagranskad och granskad av Robert Egan—den här artikeln är resultatet av noggrant mänskligt arbete. Vi förlitar oss på läsare som dig för att hålla den oberoende vetenskapsjournalistiken vid liv. Om den här rapporteringen betyder något för dig, överväg gärna en donation (särskilt månatlig). Du får ett annonsfritt konto som tack.
Mer information: 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
Tidskriftsinformation: Light: Science & Applications
© 2025 Science X Network
