太赫兹光波实现纳米级压缩
科技日报北京9月17日电（记者刘霞）美国范德比尔特大学与德国德累斯顿工业大学团队携手将太赫兹光波实现纳米级压缩：将波长超过50微米的太赫兹光波压缩至不足250纳米的层状材料内。其不仅有助于深入探索光与物质的相互作用，还有望显著提升光电设备的性能。相关研究成果发表于最新一期《自然·材料》杂志。
将波长超过50微米的太赫兹光波压缩至不足250纳米的层状材料内的研究示意图。
图片来源：物理学家组织网
太赫兹光波是频率在0.1—10太赫兹之间、波长介于0.03—3毫米的电磁波，位于微波与红外波段之间。尽管太赫兹光波支持高速数据处理，在6G通信、雷达系统、生物医学、光谱成像及探测感知等多个领域展现出广阔的应用前景，但由于其波长较长，难以集成进紧凑型设备中，一直是技术小型化的一大挑战。
为解决这一难题，团队选用一种由铪和硫族元素（如硫或硒）构成的层状材料——铪二硫属化物，借助声子极化子，成功地将波长超过50微米的太赫兹光波压缩到小于250纳米的范围，且能量损失极低。这为实现更高能效的太赫兹器件奠定了重要基础。
为实现该目标，团队使用了部署在德国亥姆霍兹德累斯顿-罗森多夫中心FELBE自由电子激光装置上的近场光学显微镜。该显微镜具备极高的纳米级成像能力，能够直接观测太赫兹光波在铪二硫属化物中的压缩过程。
团队表示，该成果突破了太赫兹技术的现有局限，有望彻底改变光电集成的方式。这一进展将推动超紧凑型太赫兹谐振器与波导的研发，在环境监测、安全成像等领域将发挥重要作用。此外，将铪二硫属化物集成至范德华异质结构中，可进一步对二维材料进行研究，为纳米级光电集成开辟新路径。
该研究不仅证实铪二硫属化物是太赫兹应用的理想平台之一，也为探索光与物质在超强甚至深强耦合状态下的新物理现象奠定了基础。未来，通过高通量材料筛选，有望发现更适用于太赫兹技术的新型材料，推动该关键领域持续创新。
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