De terahertz-golven overspannen frequentiebereiken tussen het infraroodspectrum (gebruikt, bijvoorbeeld, voor nachtzicht) en gigahertz-golven (die hun toepassing vinden, onder meer, in Wi-Fi-verbindingen). Terahertz-golven maken de detectie van materialen mogelijk die op andere frequenties niet kunnen worden gedetecteerd. Echter, het gebruik van deze golven wordt ernstig beperkt door het ontbreken van geschikte apparaten en materialen waarmee ze kunnen worden gecontroleerd. Onderzoekers van de Universiteit van Genève (UNIGE), werken met de Federale Polytechnische School in Zürich (ETHZ) en twee Spaanse onderzoeksteams, hebben een techniek ontwikkeld op basis van het gebruik van grafeen, waardoor de potentieel zeer snelle controle van zowel de intensiteit als de polarisatie van terahertz-licht mogelijk is. Deze ontdekking, gepresenteerd in Natuurcommunicatie , maakt de weg vrij voor een praktisch gebruik van terahertz-golven, in het bijzonder voor beeldvorming en telecommunicatie.

Grafeen is een enkele atomaire laag van koolstofatomen die een honingraatnetwerk vormen. Het wordt bijvoorbeeld gevonden in grafiet, het hoofdbestanddeel van potloodstaven. In de afdeling Quantum Matter Physics van de Faculteit Wetenschappen van UNIGE, Het team van Alexey Kuzmenko werkt al enkele jaren aan de fysieke eigenschappen van grafeen. "De interactie tussen terahertz-straling en de elektronen in grafeen is erg sterk en daarom zijn we tot de hypothese gekomen dat het mogelijk moet zijn om grafeen te gebruiken om terahertz-golven te beheersen, " legt Kuzmenko uit.

Werken in het kader van het Europese project Graphene Flagship, wetenschappers hebben een op grafeen gebaseerde transistor gemaakt die is aangepast aan terahertz-golven. "Door het elektrische veld te combineren, waarmee we het aantal elektronen in grafeen kunnen controleren en dus meer of minder licht doorlaten, met het magnetische veld, die de elektronische banen buigt, we hebben niet alleen de intensiteit van de terahertz-golven kunnen beheersen, maar ook hun polarisatie, " zegt Jean-Marie Poumirol, een lid van het UNIGE-onderzoeksteam en de eerste auteur van de studie. "Het is zeldzaam dat puur elektrische effecten worden gebruikt om magnetische verschijnselen te beheersen." Wetenschappers zijn nu in staat om een ​​dergelijke controle toe te passen op een volledig bereik van terahertz-frequenties.

Praktische toepassingen van terahertz-golven

Vandaag, de focus van het UNIGE-onderzoeksteam is om verder te gaan van het prototype, en praktische toepassingen en nieuwe kansen te ontwikkelen door terahertz-golven te beheersen. Hun doel is om terahertz-golven in de komende jaren industrieel concurrerend te maken. Er zijn twee belangrijke toepassingsgebieden voor deze innovatie, de eerste is communicatie. "Met behulp van een film van grafeen geassocieerd met terahertz-golven, we zouden in staat moeten zijn om volledig beveiligde informatie te verzenden met snelheden van ongeveer 10 tot 100 keer sneller dan met wifi of radiogolven, en doe het veilig over korte afstanden, " legt Poumirol uit. Dit zou een aanzienlijk voordeel opleveren in de telecommunicatie. Het tweede toepassingsgebied is dat van beeldvorming. Omdat het niet-ioniserend is, terahertz-golven veranderen het DNA niet en zijn daarom zeer nuttig in de geneeskunde, biologie en farmacie. Aanvullend, de controle van de circulaire polarisatie van de terahertz-golven zal onderscheid maken tussen verschillende symmetrieën (linkshandig of rechtshandig) van biologische moleculen, wat een zeer belangrijke eigenschap is in medische toepassingen. Verder, er is potentieel een zeer krachtige toepassing van deze golven in de binnenlandse veiligheid. Kuzmenko vervolgt, "Terahertz-golven worden tegengehouden door metalen en zijn gevoelig voor kunststoffen en organisch materiaal. Dit zou kunnen leiden tot effectievere detectie van vuurwapens, drugs en explosieven die door individuen worden vervoerd, en zou misschien kunnen dienen als een instrument om de veiligheid op de luchthaven te versterken."