德国亥姆霍兹研究中心协会 如果用短激光脉冲照射砷化镓晶体，就会形成电荷载流子
这些电荷通过施加一个加强太赫兹波产生的电压而加速
信用:HZDR/Juniks 太赫兹波在科学技术中越来越重要
它们使我们能够揭示未来材料的特性，测试汽车涂料和屏幕封套的质量
但是产生这些波仍然是一个挑战
亥姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫中心、德累斯顿大学和康斯坦茨大学的一个团队现在已经取得了重大进展
研究人员已经开发出一种锗元件，它可以产生具有有利特性的短太赫兹脉冲:这些脉冲具有极端的宽带频谱，因此可以同时传输许多不同的太赫兹频率
正如该团队在《光:科学与应用》杂志上报道的那样，由于有可能使用半导体工业中已经使用的方法来制造元件，这一发展有望在研究和技术中得到广泛的应用
就像光一样，太赫兹波被归类为电磁辐射
在光谱中，它们正好位于微波和红外辐射之间
虽然微波和红外辐射早已进入我们的日常生活，但太赫兹波才刚刚开始使用
原因是，自21世纪初以来，专家们只能为太赫兹波构建合理可接受的源
但是这些发射器仍然不是完美的——它们相对较大且昂贵，并且它们发射的辐射并不总是具有期望的特性
一种已建立的产生方法是基于砷化镓晶体
如果用短激光脉冲照射这种半导体晶体，就会形成砷化镓电荷载流子
这些电荷通过施加电压加速产生太赫兹波——基本上与移动电荷产生无线电波的甚高频发射器相同
然而，这种方法有许多缺点:“它只能用相对昂贵的特殊激光器来操作，”HZDR物理学家DR
哈拉尔·施耐德
“对于我们用于光纤通信的那种标准激光器，它不起作用
“另一个缺点是砷化镓晶体只能传输相对窄带的太赫兹脉冲，因此频率范围受到限制，这极大地限制了应用领域
贵金属植入物 这就是施耐德和他的团队将赌注放在另一种材料——半导体锗上的原因
施耐德说:“有了锗，我们可以使用更便宜的激光器，即光纤激光器。”
此外，锗晶体非常透明，因此有利于发射非常宽带的脉冲
“但是，到目前为止，他们遇到了一个问题:如果用短激光脉冲照射纯锗，半导体中的电荷需要几微秒才能消失
只有这样，晶体才能吸收下一个激光脉冲
然而，今天的激光能够以几十纳秒的间隔发射脉冲——对于锗来说，这一系列的发射速度太快了
为了克服这个困难，专家们寻找一种使锗中的电荷更快消失的方法
他们在一种突出的贵金属——黄金中找到了答案
“我们用离子加速器将金原子射入锗晶体，”施耐德的同事博士解释说
阿布舍克·辛格
“金穿透了晶体，达到100纳米的深度
科学家随后在900摄氏度下将晶体加热几个小时
热处理确保金原子均匀分布在锗晶体中
当研究小组用超短激光脉冲照射掺有锗的晶体时，成功开始了:电荷载流子不再在晶体中停留几微秒，而是在不到两纳秒的时间内再次消失——比以前快了大约一千倍
形象地说，黄金就像一个陷阱，帮助捕捉和中和电荷
“现在锗晶体可以用高重复率的激光脉冲轰击，并且仍然可以工作，”辛格高兴地报告说
廉价制造成为可能 这种新方法有助于产生带宽非常宽的太赫兹脉冲:使用公认的砷化镓技术，太赫兹脉冲不再是7太赫兹，而是现在的10倍——70太赫兹
“我们一下子就获得了广泛、连续、无间隙的光谱”，哈拉尔·施耐德兴奋地说
“这意味着我们手头有一个真正多功能的信号源，可以用于最多样的应用
“另一个好处是，有效地说，锗成分可以用与微芯片相同的技术进行处理
施耐德指出:“与砷化镓不同，锗与硅兼容。”
“由于新部件可以与标准光纤激光器一起工作，你可以使这项技术相当紧凑和便宜
" 这将使掺金锗成为一个有趣的选择，不仅用于科学应用，如石墨烯等创新二维材料的详细分析，还用于医学和环境技术应用
例如，人们可以想象传感器通过太赫兹光谱追踪大气中的某些气体
今天的太赫兹源对于这个目的来说还是太贵了
在德累斯顿-罗森多夫开发的新方法有助于在未来使这种环境传感器更加便宜
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