Terahertsit käyttöön

Terahertsisäteilyn aallonpituudet läpäisevät materiaaleja, jotka yleensä mielletään läpinäkymättömiksi kuten iho, muovit, vaatteet ja pahvi. Terahertsejä voidaan käyttää myös tunnistamaan tiettyjä kemiallisia yhdisteitä.

Terahertsisäteilyn havaitsemisen on hankalaa koska useimmat ilmaisimet on pidettävä erittäin kylminä, noin 4 Kelvin-asteessa. Muutamat toimivat myös huoneenlämmössä mutta ne ovat kömpelöitä, hitaita ja kalliita.

University of Marylandin vetämä ryhmä tutkijoita US Naval Research Labista ja Monash Universitystä, Australiasta ovat kehittäneet huonelämpötilassa toimivan terahertsianturin.

Anturi perustuu grafeeniin ja kuumien elektronien tuottamaan valolämpösähköiseen ilmiöön. Tutkijoiden mukaan anturi on yhtä herkkä kuin mikään olemassa oleva huonelämpötilainen anturi ja yli miljoona kertaa nopeampi.

Grafeeni mahdollistaa sen, että kun valo absorboituu sen elektroneihin ne kuumenevat mutta eivät menetä energiaansa hilaan vaan siirtyvät grafeenin kautta anturin sähköjohteisiin.

Prototyypissä käytetään kahdenlaisia eri metalleista valmistettuja sähköjohteita. Ne johtavat elektroneja eri tavalla ja niiden johtavuusero tuottaa kaivatun sähköisen signaalin.

Myös terahertsisäteilyn tuottaminen on hankala tehtävä.

Los Alamos National Laboratoryssä aihetta tutkitaan Josephson-ilmiötä hyödyntäen. Sopivalla jännitteellä sen avulla saadaan aikaan haluttu taajuus mutta sen teho on olematon. Tehon kasvattaminen liitoksia rinnakkain kytkemällä on kuitenkin ylitsepääsemätön tekninen haaste.

Sen sijaan Los Alamosin tutkijat hyödyntävät kiteisessä BSCCO-kalvossa olevaa vaikutusta toimimaan yhdistäjänä noin 10 000 atomitason Josephson-liitokselle. Liitokset on pakattu niin lähelle toisiaan, että niiden omat värähtelyt synkronoituvat ja aiheuttavat koherentin, laser-tyyppisen emission.

Kuitenkin tämäkin konsepti vaatii toimiakseen noin -200 Celsius-asteen kylmyyden ja oikein suunnattuja atomikerroksia kalvomateriaalissa.