Terahertz-straling, of T-stralen, is nauwelijks geëxploiteerd in vergelijking met het grootste deel van de rest van het elektromagnetische spectrum. Toch hebben T-stralen potentieel toepassingen in draadloze communicatie van de volgende generatie (6G/7G), beveiligingssystemen, biologie, en zelfs kunstgeschiedenis. Een nieuw apparaat voor het controleren van T-stralen met behulp van een speciaal ontworpen 'metasurface' met eigenschappen die niet in de natuur voorkomen, zou dit potentieel kunnen beginnen te realiseren.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift Optica Express op 13 juli, 2020.

De 'terahertz-gap' is een term die door ingenieurs wordt gebruikt om te beschrijven hoe weinig technologie er bestaat die gebruik maakt van de frequentieband in het elektromagnetische spectrum dat tussen microgolven en infrarode straling ligt:​​terahertz-straling (ook wel T-stralen genoemd).

Hoewel het eenvoudig is om microgolven en infraroodstraling te genereren en te manipuleren, praktische technologieën die bij kamertemperatuur werken en hetzelfde kunnen doen met T-stralen zijn inefficiënt en onpraktisch. Dit is een grote schande, omdat de eigenschappen van T-stralen ze buitengewoon nuttig zouden maken als we ze inderdaad zouden kunnen benutten.

T-stralen kunnen doordringen in ondoorzichtige objecten zoals röntgenstralen, maar ze zijn niet-ioniserend, zoveel veiliger. Ze kunnen ook door kleding heen gaan, hout, kunststoffen, en keramiek, zijn dus van belang voor de veiligheids- en bewakingssector voor realtime beeldvorming om verborgen wapens of explosieven te identificeren. Om dezelfde reden, terahertz-stralingstoepassingen zijn ook veelbelovend voor de wetenschap van cultureel erfgoed, biedt kunsthistorici en musea een optie zonder stralingsrisico voor onderzoek naar artefacten, variërend van schilderijen tot mummies.

Terahertz-technologie die generatie, detectie, en de toepassing van terahertz-golven is de afgelopen tien jaar van de grond gekomen, de terahertz-kloof enigszins te dichten. Maar de prestaties en afmetingen van conventionele optische componenten die in staat zijn om terahertz-golven te manipuleren, hebben deze snelle ontwikkeling niet bijgehouden. Een reden is het ontbreken van natuurlijk voorkomende materialen die geschikt zijn voor de terahertz-golfband.

Echter, onderzoekers van de Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) onder leiding van universitair hoofddocent en terahertz wave-ingenieur Takehito Suzuki hebben onlangs een optische component ontwikkeld die T-stralen gemakkelijker en op een praktische manier kan manipuleren - door een materiaal te gebruiken dat niet voorkomt in de natuur.

conventioneel, een collimator - een apparaat dat bundels of golven vernauwt, meestal bestaande uit een gebogen lens of spiegel - die T-stralen kan manipuleren, is een omvangrijke driedimensionale structuur gemaakt van natuurlijk voorkomende materialen.

Maar TUAT-onderzoekers Takehito Suzuki, Kota Endo, en Satoshi Kondoh hebben een collimator ontworpen als een ultradun (2,22 micrometer) vlak gemaakt van een 'metasurface' - een materiaal dat is ontworpen om eigenschappen te hebben die onmogelijk of moeilijk te vinden zijn in de natuur. Deze eigenschappen komen niet van de metalen of plastic basisstof waaruit ze zijn samengesteld, maar in plaats daarvan van de geometrie en rangschikking van het materiaal in kleine herhalende patronen die elektromagnetische golven kunnen buigen op een manier die natuurlijke stoffen niet kunnen.

In dit geval, het materiaal heeft een extreem hoge brekingsindex (hoe langzaam licht er doorheen gaat) en een lage reflectie (gedeelte van het licht dat wordt gereflecteerd nadat het een oppervlak heeft geraakt). De collimator bestaat uit 339 paren meta-atomen die zo zijn gerangschikt dat de brekingsindex concentrisch toeneemt van buiten naar het midden van het apparaat.

"Het ontwerp van het meta-oppervlak is ongekend, " zei Suzuki, "het leveren van een veel hogere prestatie die de ontwikkeling van een breed scala aan toepassingen zou moeten versnellen, inclusief draadloze communicatie van de volgende generatie (6G/7G) en zelfs apparaten voor het regelen van thermische straling."