在电磁光谱中，太赫兹光位于红外辐射和微波之间。它对未来的技术有着巨大的潜力：除其他外，它可能会通过提供极快的移动通信连接和无线网络而获得5G的成功。从千兆赫兹到太赫兹频率过渡的瓶颈是由效率不足的源和转换器造成的。德国-西班牙的一个研究小组在赫尔姆霍兹-兹特纳姆德累斯顿-罗森多夫(Hzdr)的参与下，开发了一种比以前更有效地产生太赫兹脉冲的材料系统。它是基于石墨烯，即超薄碳片，涂有金属层状结构。研究小组在杂志上发表了其研究结果。

一段时间前，一个研究hzdr加速器Elbe的专家小组能够证明石墨烯可以起到倍频器的作用：当二维碳在低太赫兹频率范围内被光脉冲照射时，这些被转换成更高的频率。到目前为止，问题在于，要有效地产生这样的太赫兹脉冲，需要极强的输入信号，而这种信号只能由全尺寸粒子加速器产生。“对于未来的技术应用来说，这显然是不切实际的，”hzdr辐射物理研究所的主要作者Jan-Christoph de惰性解释道。“因此，我们寻找一种物质系统，它也能以较少的暴力输入工作，也就是低场强的物质系统。”

为此，HZDR的科学家和来自加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所(ICN 2)、光子科学研究所(ICFO)、比勒费尔德大学(University Of Bielefeld)、杜柏林大学和梅因茨的马克斯·普朗克聚合物研究所(Max Planck Institute For Polymer Research)的同事一起，提出了一个新的想法：在石墨烯上涂上一层极具吸引力的金片，可以极大地增强频率转换：“它们的作用就像天线，大大放大了石墨烯中的太赫兹辐射，”项目协调员克劳斯·扬·蒂勒罗伊(Klaas-Jan Tielrooij)解释道。“因此，我们得到了很强的场，石墨烯暴露在层板之间。这使我们能够非常有效地产生太赫兹脉冲。”

惊人的有效倍频

为了验证这一想法，巴塞罗那ICN 2的团队成员制作了样品：首先，他们在玻璃载体上涂上了单一的石墨烯层。在顶部，他们气相沉积了一层超薄的氧化铝绝缘层，然后是一格状的金条。然后，这些样品被带到德累斯顿-罗森多夫的TELBE太赫兹工厂，在那里被低太赫兹范围(0.3至0.7太赫兹)的光脉冲击中。在这一过程中，专家们使用专门的探测器来分析涂有金层的石墨烯如何有效地使入射辐射的频率倍增。

“效果很好，”谢尔盖·科瓦列夫(SergeyKovalev)高兴地报告。他负责HZDR的TELBE设施。与未处理的石墨烯相比，输入信号要弱得多，足以产生频率倍增的信号。用数字来表示，只需最初所需场强的十分之一就足以观察频率倍增。在技术相关的低场强下，由于新的材料系统，转换后的太赫兹脉冲的功率要高出一千倍以上。单个片层越宽，所暴露的石墨烯面积越小，这种现象就越明显。最初，专家们能够将进入频率提高三倍。后来，他们获得了更大的效果-五倍，七倍，甚至九倍的输入频率增加。

兼容芯片技术

这提供了一个非常有趣的前景，因为到目前为止，科学家还需要大型、复杂的设备，如加速器或大型激光器来产生太赫兹波。由于新的材料，它也有可能实现从千兆赫兹到太赫兹纯粹通过电输入信号，即用更少的努力。“我们基于石墨烯的超材料将与目前的半导体技术相当兼容，”De惰性强调。“原则上，它可以集成到普通芯片中。”他和他的团队已经证明了新流程的可行性--现在在特定的程序集中实现可能成为可能。

潜在的应用可能是巨大的：由于太赫兹波的频率比今天使用的千兆赫兹移动通信频率高，它们可以用来传输更多的无线数据--5G将变成6G。但是太赫兹范围也是其他领域感兴趣的领域--从工业的质量控制和机场的安全扫描器到材料研究中广泛的科学应用，例如。