利用首个紧凑型 9 太赫兹源开启远红外之门

研究人员首次开发出产生远红外线波的微型高效技术。这一成果填补了技术空白，并为诊断成像和环境监测开辟了应用领域。该研究发表在《自然-通讯》上。

在远红外线中产生太赫兹波，这是以前小型高效仪器无法达到的频率。这就是纳米科学研究所（Cnr Nano）领导的一个国际团队所取得的成果，他们利用石墨烯开发出一种设备，克服了以往技术的局限性，为成像、光谱学、诊断和检测领域的广泛应用铺平了道路。

这项研究由 Cnr Nano 公司的 Miriam Serena Vitiello 负责协调，并与利兹大学、剑桥大学和高等师范学院的研究人员合作完成，论文发表在《Nature Communications》杂志上。

Compact terahertz harmonic generation in the Reststrahlenband using a graphene-embedded metallic split ring resonator array

太赫兹（THz）波是频率介于微波和红外光之间的电磁波，在成像诊断、爆炸物和非法物质检测、蛋白质结构鉴定和质量控制等应用领域具有开创性的潜力。然而，由于在这一频率范围内制造紧凑高效的设备存在技术困难，这一潜力一直未得到充分利用。

“Miriam Serena Vitiello解释说：”特别是，获得发射频率在 6 至 12 太赫兹（即远红外范围）之间的紧凑高效光源仍然是一项挑战。”与相邻的中红外和太赫兹区域不同，远红外区域缺乏实用的半导体激光技术。这是由于用于激光制造的 III-V 半导体无法在这一光谱范围（即雷斯特拉伦波段）产生光”。

现在，研究人员终于展示了一种小型化的系统，它能以 9.62 太赫兹的频率发射雷斯特拉伦波段的光。

为了实现这一技术里程碑，研究小组利用了石墨烯的特殊光学特性和定制设备设计，以及量子级联激光器。”当石墨烯与电磁波相互作用时，它可以将电磁波转换为更高的频率，这一过程被称为谐波发生。在我们的案例中，通过量子级联激光器激发石墨烯，我们获得了初始频率的三倍频率，”Vitiello 解释说。”这种方法在简便性和效率方面具有显著优势，而且无需使用强大而笨重的激光器”。

比萨纳米科学研究所和英国利兹大学合作开发了太赫兹范围内的量子级联激光器，具有很高的输出功率。石墨烯微谐振器阵列的设计是与巴黎高等师范学院和剑桥石墨烯中心合作完成的。来自 Cnr Nano 的团队由 Vitiello 领导的太赫兹光子学小组的研究人员组成，该小组位于比萨 NEST 实验室（国家纳米科学和纳米技术企业）：亚历山德拉-迪-加斯帕雷（Alessandra Di Gaspare）作为第一作者签署了研究报告，基娅拉-斯基亚塔雷拉（Chiara Schiattarella）也是团队成员。

使用紧凑型、微型化、可电驱动的光源代表着技术上的重大进步，它将产生新一代的光源，在大部分未开发的光谱范围内工作，并带来大量的研究机会和应用。远红外太赫兹波可用于研究材料和化合物，包括对能源部门和气候监测至关重要的芳香烃，或通过具有纳米级分辨率的新光谱技术研究创新材料（如合成拓扑绝缘体）中的量子现象。