德国亥姆霍兹研究中心协会 超薄金片极大地放大了石墨烯层中的太赫兹脉冲(红色)，实现了高效的频率倍增
信用:HZDR/Werkstatt X 在电磁波谱上，太赫兹光位于红外辐射和微波之间
它对未来的技术有着巨大的潜力:在其他方面，它可能会通过实现极快的移动通信连接和无线网络来取代5G
从千兆赫到太赫兹频率的转换中的瓶颈是由不够有效的源和转换器引起的
德国-西班牙的一个研究小组在亥姆霍兹-曾特朗德累斯顿-罗森多夫实验室的参与下，现在已经开发出一种材料系统，可以比以前更有效地产生太赫兹脉冲
它基于石墨烯，我
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覆盖有金属层状结构的超薄碳片
该研究小组在《美国化学学会纳米》杂志上公布了其结果
不久前，一组在HZDR ELBE加速器上工作的专家能够证明石墨烯可以充当倍频器:当二维汽车结合体被低太赫兹频率范围的光脉冲照射时，这些光脉冲被转换成更高的频率
到目前为止，问题是需要非常强的输入信号来有效地产生这种太赫兹脉冲，而这些信号只能由全尺寸粒子加速器产生
“这对于未来的技术应用来说显然是不切实际的，”该研究的主要作者之一、HZDR辐射物理研究所的简-克里斯托夫·迪纳特解释道
“所以，我们寻找一种物质系统，它也能以更少的暴力输入工作，我
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具有较低的场强
" 为此，HZDR的科学家们与来自加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所(ICN2)、光子科学研究所(ICFO)、柏林比勒菲尔德大学(TU Berlin)和美因茨马克斯·普朗克聚合物研究所(Mainz Max Planck Institute for Polymer Research)的同事们一起，提出了一个新想法:通过在石墨烯上涂覆微小的金薄片，可以极大地提高频率转换，金薄片具有一种迷人的特性:“它们就像天线一样，可以显著放大石墨烯中的太赫兹辐射，”ICN2的项目协调员克拉斯-扬·蒂勒罗伊(Klas-Jan Tielroij)解释说
“结果，我们得到了非常强的电场，石墨烯暴露在薄片之间
这使得我们能够非常有效地产生太赫兹脉冲
" 惊人有效的倍频 为了测试这个想法，来自巴塞罗那ICN2的团队成员制作了样本:首先，他们在玻璃载体上应用了一层石墨烯
在顶部，他们气相沉积了一层超薄的氧化铝绝缘层，然后是一个金条网格
样本随后被带到德累斯顿-罗森多夫的TELBE太赫兹设施，在那里它们被低太赫兹范围(0
3比0
7 THz)
在这个过程中，专家们使用特殊的探测器来分析涂有金薄片的石墨烯如何有效地增加入射辐射的频率
“效果很好，”谢尔盖·科瓦列夫高兴地报告说
他负责HZDR的TELBE设施
“与未经处理的石墨烯相比，弱得多的输入信号足以产生倍频信号
“用数字表示，仅仅十分之一的原始场强就足以观察到频率的倍增
在技术相关的低场强下，由于新的材料系统，转换后的太赫兹脉冲的功率比原来强一千多倍
单个薄片越宽，石墨烯暴露的面积越小，这种现象就越明显
最初，专家们能够将输入频率提高两倍
后来，他们获得了更大的效果——输入频率增加了五倍、七倍甚至九倍
与芯片技术兼容 这提供了一个非常有趣的前景，因为到目前为止，科学家们一直需要大型、复杂的设备，如加速器或大型激光器来产生太赫兹波
多亏了这种新材料，纯粹依靠电输入信号，也有可能实现从千兆赫到太赫兹的飞跃
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用更少的努力
“我们基于石墨烯的超材料将与当前的半导体技术非常兼容，”戴耐特强调说
“原则上，它可以集成到普通芯片中
“他和他的团队已经证明了新流程的可行性——现在在特定的组件中实现可能成为可能
潜在的应用可能是巨大的:由于太赫兹波的频率高于今天使用的千兆赫移动通信频率，它们可以用来传输更多的无线数据——5G将变成6G
但是太赫兹波段也引起了其他领域的兴趣——例如，从工业质量控制和机场安全扫描仪到材料研究中的各种科学应用
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