太赫茲光波助納米級壓縮

在電磁波譜中，太赫茲波介於無線電波和紅外光之間，這種“黃金波段”具備雙重優勢，相比傳統無線電波，其更高頻段特性可實現每秒海量數據傳輸；相較於紅外光，它又能安全穿透更多種類的物質。美國與德國的大學團隊攜手日前將太赫茲光波實現納米級壓縮：將波長超過五十微米的太赫茲光波壓縮至不足二百五十納米的層狀材料內。其不僅有助於深入探索光與物質的相互作用，還有望顯著提升光電設備的性能。

據悉，太赫茲光波是頻率在○點一至十太赫茲之間、波長介於○點○三至三毫米的電磁波，位於微波與紅外波段之間。儘管太赫茲光波支持高速數據處理，在6G通信、雷達系統、生物醫學、光譜成像及探測感知等多個領域展現出廣闊的應用前景，但由於其波長較長，難以集成進緊湊型設備中，一直是技術小型化的一大挑戰。為解決以上這一難題，研究團隊選用一種由鉿和硫族元素（如硫或硒）構成的層狀材料——鉿二硫屬化物，鉿二硫屬化物通常指二硫化鉿，這是一種二維材料，屬於過渡金屬二硫屬化物家族。二硫化鉿的性質是一種二維晶群材料，具有出色的電子遷移率和較窄的帶隙。由於其優異的半導體特性，特別是在電子遷移率方面可能優於硅，因此在開發高性能電晶體和其他電子器件方面具有潛在應用前景。此次研究借助聲子極化子，成功地將波長超過五十微米的太赫茲光波壓縮到小於二百五十納米的範圍，且能量損失極低。這為實現更高能效的太赫茲器件奠定了重要基礎。

為實現該目標，團隊使用了部署在德國亥姆霍茲德累斯頓——羅森多夫中心FELBE自由電子激光裝置上的近場光學顯微鏡。該顯微鏡具備極高的納米級成像能力，能夠直接觀測太赫茲光波在鉿二硫屬化物中的壓縮過程。

研究人員表示，該成果突破了太赫茲技術的現有局限，有望徹底改變光電集成的方式。這一進展將推動超緊湊型太赫茲諧振器與波導的研發，在環境監測、安全成像等領域將發揮重要作用。此外，將鉿二硫屬化物集成至范德華異質結構中，可進一步對二維材料進行研究，為納米級光電集成開闢新路徑。該研究不僅證實鉿二硫屬化物是太赫茲應用的理想平台之一，也為探索光與物質在超強甚至深強耦合狀態下的新物理現象奠定了基礎。未來，通過高通量材料篩選，有望發現更適用於太赫茲技術的新型材料，推動該關鍵領域持續創新。

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