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Montag, 14 Juni 2021 09:00

Neues Materialsystem zur Umwandlung und Erzeugung von Terahertz-Wellen

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Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten
Hauchdünne Goldlamellen sorgen für eine drastische Verstärkung der eintreffenden Terahertz-Pulse (rot) in der darunterliegenden Graphenschicht und ermöglichen so eine effiziente Frequenz- vervielfachung Hauchdünne Goldlamellen sorgen für eine drastische Verstärkung der eintreffenden Terahertz-Pulse (rot) in der darunterliegenden Graphenschicht und ermöglichen so eine effiziente Frequenz- vervielfachung

Ein deutsch-spanisches Forschungsteam mit Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) hat ein Materialsystem entwickelt, mit dem sich Terahertz-Pulse deutlich effektiver erzeugen lassen als bisher. Es basiert auf Graphen, also superflachem Kohlenstoff, das mit einer metallischen Lamellenstruktur (Gold) beschichtet ist.

Die Goldlamellen wirken wie Antennen, die die ankommende Terahertz-Strahlung im Graphen deutlich verstärken. Dadurch treten dort, wo das Graphen zwischen den Lamellen herausguckt, sehr starke Felder auf, und damit wird die Frequenzwandlung schließlich sehr effizient. Um die Idee zu überprüfen, brachten die Teammitglieder eine einzelne Graphen-Schicht auf einen Glasträger auf. Darauf dampften sie eine hauchdünne Isolationsschicht aus Aluminiumoxid und anschließend ein Gitter aus Goldstreifen auf. Die Proben wurden anschließend an der Terahertz- Anlage TELBE in Rossendorf mit Lichtpulsen im niedrigen Terahertz-Bereich (0.3 bis 0.7 THz) bestrahlt.

Es konnte gezeigt werden, dass im Vergleich zu unbehandeltem Graphen deutlich schwächere Eingangssignale genügen, um ein starkes frequenzvervielfachtes Signal zu erzeugen. Dies war bis zu einer Verneunfachung der Eingangsfrequenz möglich. Das Graphen-basierte Metamaterial wäre auch kompatibel mit der gängigen Halbleiter-Technologie, im Prinzip ließe es sich auf gewöhnlichen Chips integrieren. Die möglichen Anwendungen reichen vom Mobilfunk über die industrielle Qualitätskontrolle oder Sicherheits-Scanner an Flughäfen bis zur Materialforschung.

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