Terahertz -vågorna spänner över frekvensområden mellan det infraröda spektrumet (används, till exempel, för nattsyn) och gigahertz -vågor (som hittar sin tillämpning, bland annat, i Wi-Fi-anslutningar). Terahertz -vågor möjliggör detektering av material som inte kan detekteras vid andra frekvenser. Dock, användningen av dessa vågor begränsas starkt av frånvaron av lämpliga anordningar och material som gör det möjligt att styra dem. Forskare vid universitetet i Genève (UNIGE), som arbetar med Federal Polytechnic School i Zürich (ETHZ) och två spanska forskargrupper, har utvecklat en teknik baserad på användning av grafen, vilket möjliggör en potentiellt mycket snabb kontroll av både intensiteten och polarisationen av terahertz -ljus. Denna upptäckt, presenteras i Naturkommunikation , banar väg för en praktisk användning av terahertzvågor, särskilt för bildbehandling och telekommunikation.

Grafen är ett enda atomskikt av kolatomer som bildar ett bikakennätverk. Det finns till exempel i grafit, huvudbeståndsdelen i pennstavar. På Institutionen för kvantämnesfysik vid UNIGE:s vetenskapsfakultet, Alexey Kuzmenkos team har arbetat med grafens fysiska egenskaper i flera år. "Interaktionen mellan terahertzstrålning och elektronerna i grafen är mycket stark och vi har därför kommit fram till hypotesen att det ska vara möjligt att använda grafen för att hantera terahertzvågor, "Kuzmenko förklarar.

Arbetar inom ramen för det europeiska projektet Graphene Flagship, forskare har gjort en grafenbaserad transistor anpassad till terahertzvågor. "Genom att kombinera det elektriska fältet, vilket gör att vi kan styra antalet elektroner i grafen och därmed låter mer eller mindre ljus passera, med magnetfältet, som böjer de elektroniska banorna, vi har kunnat kontrollera inte bara intensiteten hos terahertzvågorna, men också deras polarisering, "kommenterar Jean-Marie Poumirol, medlem i UNIGE -forskargruppen och den första författaren till studien. "Det är sällsynt att rent elektriska effekter används för att kontrollera magnetiska fenomen." Forskare kan nu tillämpa sådan kontroll över ett komplett intervall av terahertz -frekvenser.

Praktiska tillämpningar av terahertzvågor

I dag, UNIGE -forskargruppens fokus är att gå vidare från prototypen, och utveckla praktiska tillämpningar och nya möjligheter genom att kontrollera terahertzvågor. Deras mål är att göra terahertzvågor industriellt konkurrenskraftiga under de närmaste åren. Det finns två huvudsakliga tillämpningsområden för denna innovation, den första är kommunikation. "Med hjälp av en film av grafen associerad med terahertzvågor, vi borde kunna skicka fullständigt säker information med hastigheter på cirka 10 till 100 gånger snabbare än med Wi-Fi eller radiovågor, och gör det säkert över korta sträckor, "förklarar Poumirol. Detta skulle innebära en betydande fördel inom telekommunikation. Det andra tillämpningsområdet är bildbehandling. Att vara icke-joniserande, terahertz -vågor förändrar inte DNA och är därför mycket användbara inom medicin, biologi och apotek. Dessutom, kontrollen av den cirkulära polarisationen av terahertzvågorna kommer att möjliggöra åtskillnad mellan olika symmetrier (vänsterhänta eller högerhänta) av biologiska molekyler, som är en mycket viktig egenskap i medicinska tillämpningar. Vidare, det finns potentiellt en mycket kraftfull tillämpning av dessa vågor inom hemlands säkerhet. Kuzmenko fortsätter, "Terahertz -vågor stoppas av metaller och är känsliga för plast och organiskt material. Detta kan leda till effektivare metoder för att upptäcka skjutvapen, droger och sprängämnen som bärs av individer, och kanske kan fungera som ett verktyg för att stärka flygplatsens säkerhet. "