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Ein internationales Physiker-Team hat ein auf dem Kohlenstoff-Material Graphen basierendes Gerät erdacht, das Terahertz-Strahlung verstärkt. Dies könnte helfen, die praktische Nutzung dieses elektromagnetischen Spektralbereichs zwischen Infrarot und Radio voranzutreiben. Denn Terahertz-Wellen gelten als Hoffnungsträger für diverse Anwendungen von der medizinischen Bildgebung bis hin zur Sicherheitstechnik.
Strahlung mit Wellenlängen zwischen 30 Mikrometern und drei Millimetern, also Terahertz-Frequenz (Thz), ist ein grosser Hoffnungsträger. "Sie verfügt über Eigenschaften, die weite Bereiche der Wissenschaft wie Bildgebung, Spektroskopie, Tomografie, medizinische Diagnose, Gesundheitsüberwachung, Umweltkontrolle sowie chemische und biologische Identifizierung erheblich verbessern würden", erklärt Fedor Kusmartsev, Physikprofessor an der Loughborough University. Beispielsweise sind THz-Wellen nicht so schädlich wie Röntgenstrahlung. Doch sind Strahlungsquellen allgemein recht schwach, was die praktische Nutzung erschwert.
Kusmartsev und Kollegen aus China, Korea sowie Russland haben nun in "Physical Review Letters" ein Gerät vorgestellt, das dieses Problem lösen könnte. Es handelt sich um einen optischen Transistor, der als THz-Verstärker fungiert. Es ist im Prinzip ein Sandwich aus einem Supraleiter zwischen zwei Graphen-Schichten, das einfallende THz-Strahlung reflektiert und verstärkt. "Das funktioniert, weil externe Energie von einer Batterie oder einfallendem Licht höherer Frequenz bereitgestellt wird", sagt Kusmartsev. THz-Photonen würden in Elektronen und dann zurück in mit zusätzlicher Energie versehene, reflektierte Photonen umgewandelt.
Das Team arbeitet nun an der Weiterentwicklung und hofft, in Kürze Prototypen zu testen. Kusmartsev zufolge wolle man möglichst schon in etwa einem Jahr einen funktionierenden Verstärker haben, der für die Kommerzialisierung geeignet ist. Denn vom grossen Potenzial ist man überzeugt. "Das von uns entwickelte Gerät wird es Wissenschaftlern und Ingenieuren ermöglichen, diesen Spektralbereich zu nutzen und die nächste Generation medizinischer Ausrüstung, Detektions-Hardware und drahtloser Kommunikationstechnologien zu schaffen", meint der Physiker.
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