Forskare har skapat en unik enhet som låser upp de svårfångade terahertz -våglängderna och möjliggör revolutionerande ny teknik.

Terahertz -vågor (THz) sitter mellan mikrovågor och infrarött i ljusfrekvensspektrumet, men på grund av deras låga energi, forskare har inte kunnat utnyttja sin potential. Gissningen är känd i vetenskapliga kretsar som "terahertzgapet".

Att kunna upptäcka och förstärka THz-vågor (T-strålar) skulle öppna en ny era av medicinsk, kommunikation, satellit, kosmologisk och annan teknik. En stor applikation skulle vara som en säker, icke-destruktivt alternativ till röntgen. Dock, tills nu, våglängderna, som sträcker sig mellan 3 mm och 30 μm, har visat sig omöjligt att använda på grund av relativt svaga signaler från alla befintliga källor.

Ett team av fysiker har skapat en ny typ av optisk transistor-en fungerande THz-förstärkare-med hjälp av grafen och en högtemperatur superledare. Fysiken bakom den enkla förstärkaren bygger på grafens egenskaper, som är transparent och inte är ljuskänslig och vars elektroner inte har någon massa. Den består av två lager av grafen och en superledare som fångar grafenens masslösa elektroner mellan dem som en smörgås.

Enheten ansluts sedan till en strömkälla. När THz -strålningen träffar grafens yttre lager, de fångade partiklarna inuti fäster sig vid de utgående vågorna, förstärka dem. Professor Fedor Kusmartsev, från Loughboroughs institution för fysik, sa, "När THz -ljuset faller på mackan reflekteras det, som en spegel. "

"Huvudpunkten är att det kommer att reflekteras mer än vad som föll på enheten." Det fungerar eftersom extern energi levereras av ett batteri eller av ljus som träffar ytan från andra, högre frekvenser i det elektromagnetiska spektrumet. THz -fotonerna omvandlas av grafen till masslösa elektroner, som, i tur och ordning, förvandlas tillbaka till reflekterade, energisk, THz fotoner. På grund av en sådan omvandling, THz -fotonerna tar energi från grafen - eller från batteriet - och de svaga THz -signalerna förstärks. "

Genombrottet har publicerats i Fysiska granskningsbrev . Teamet fortsätter att utveckla enheten och hoppas kunna ha prototyper redo för testning snart. Prof Kusmartsev sa att de hoppas kunna ha en fungerande förstärkare redo för kommersialisering om ungefär ett år. Han tillade att en sådan enhet skulle avsevärt förbättra nuvarande teknik och låta forskare avslöja mer om den mänskliga hjärnan.

"Universum är fullt av terahertz -strålning och signaler, faktiskt, alla biologiska organismer både absorberar och avger det. Jag förväntar mig att med en sådan förstärkare tillgänglig, vi kommer att kunna upptäcka många naturens mysterier, till exempel, hur kemiska reaktioner och biologiska processer pågår, eller hur vår hjärna fungerar och hur vi tänker. Terahertz -intervallet är den sista strålningsfrekvensen som mänskligheten antar. Mikrovågor, infraröd, synlig, Röntgen och andra bandbredder är avgörande för otaliga vetenskapliga och tekniska framsteg.

"Den har egenskaper som avsevärt skulle kunna förbättra stora vetenskapsområden som bildbehandling, spektroskopi, tomografi, medicinsk diagnos, hälsoövervakning, miljökontroll och kemisk och biologisk identifiering.

"Den enhet vi har utvecklat gör det möjligt för forskare och ingenjörer att utnyttja den illusiva bandbredden och skapa nästa generations medicinsk utrustning, hårdvara och trådlös kommunikationsteknik. "