太赫兹频率的光击中“三明治”并被附加能量反射。图片：拉夫堡大学
研究人员创造了一种独特的设备，它将解锁难以捉摸的太赫兹波长，并使革命性的新技术成为可能。
太赫茲辐射，又称THz波或太赫茲，包含了频率为0.3到3THz的电磁波。适用于从电磁辐射的毫米波波段的高频边缘（300 GHz）和低频率的远红外光谱带边缘（3000 GHz）之间的频率，对应的波长的辐射在该频带范围从1mm到0.1mm（或100μm），所以也叫作“亚毫米波段”。前缀“ tera”表示1000000000000或10^12。
目前，国际上对太赫兹辐射已达成如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇。它之所以能够引起人们广泛的关注、有如此之多的应用，首先是因为物质的太赫兹光谱（包括透射谱和反射谱）包含着非常丰富的物理和化学信息，所以研究物质在该波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义；其次是因为太赫兹脉冲光源与传统光源相比具有很多独特的性质。
尽管自然界中存在着来自整个电磁频谱的电磁辐射（例如，超新星产生了伽马射线爆发，中子星和黑洞产生了电波，闪电产生了电波）。人类已经成功地产生并利用了电磁辐射 – 医学中的X射线成像，无线电波进行的通信以及使用微波的快速烹饪。但是，“太赫兹”（THz）区域仍存在未被充分利用的空白。
这个难题在科学界被称为太赫兹缺口。
能够检测和放大太赫兹波（T射线）将开辟医疗、通信、卫星、宇宙学和其他技术的新时代。
最大的应用之一是作为X射线的安全、无损替代品。
但是，到目前为止，由于来自所有现有光源的信号相对较弱，波长（介于3mm和30μm之间）的使用已被证明无法使用。
一组物理学家使用石墨烯和高温半导体创造了一种新型的光学晶体管 - 一种THz放大器。放大器的物理原理取决于石墨烯的性质，石墨烯是透明的，对光不敏感，并且电子不具有质量。
放大器由两层石墨烯和一个超导体组成，它们将石墨烯的无质量电子捕获在它们之间，就像一个三明治。然后将设备连接到电源。
当太赫兹辐射击中石墨烯外层时，内部捕获的粒子将自身附着在输出波上，从而赋予它们比到达的波更多的功率和能量，从而将其放大。
拉夫堡大学物理系的费多·库斯马采夫（Fedor Kusmartsev）教授说：“该设备的结构非常简单，由两层石墨烯和超导体组成，形成一个三明治（如上所述）。
“当太赫兹光落在三明治上时，它像镜子一样被反射。”
“要点是反射的光要多于落在设备上的光。
“之所以起作用，是因为外部能量是由电池或由电磁频谱中其他更高频率撞击表面的光提供的。
“太赫兹光子被石墨烯转变成无质量的电子，然后又转变回反射的、更具能量的太赫兹光子。
“由于这种转变，太赫兹光子从石墨烯或电池中获取能量，因此信号增强了。”
这项突破是英国拉夫堡大学、韩国复杂系统理论物理中心、中国微型/纳米制造实验室微系统和太赫兹研究中心以及俄罗斯的AV Rzhanov半导体物理研究所的研究人员做出的，已发表在《物理评论快报》上。
团队正在继续开发该设备，并希望尽快准备好原型以进行测试。
库斯马采夫教授表示，他们希望有一个工作放大器能够在大约一年后投入商业化生产。
他补充说，这样的设备将极大地改善当前的技术，并使科学家能够揭示有关人脑的更多信息。
“宇宙充满了太赫兹辐射和信号，实际上，所有生物都吸收和发射它。”
“我希望，有了这样的放大器，我们将能够发现自然界的许多谜团，例如化学反应和生物过程是如何进行的，我们的大脑如何运作以及我们如何思考。
太赫兹范围是人类最后采用的辐射频率。
微波、红外线、可见光、X射线和其他波长对于无数科学技术进步至关重要。
“它的特性将极大地改善科学的广泛领域，例如成像、光谱学、层析成像、医学诊断、健康监测、环境控制以及化学和生物识别。
“我们开发的设备将使科学家和工程师能够利用这一波长，创造出下一代医疗设备、检测硬件和无线通信技术。”
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