太赫茲頻率的光擊中“三明治”並被附加能量反射。圖片：拉夫堡大學
研究人員創造了一種獨特的設備，它將解鎖難以捉摸的太赫茲波長，並使革命性的新技術成為可能。
太赫茲輻射，又稱THz波或太赫茲，包含了頻率為0.3到3THz的電磁波。適用於從電磁輻射的毫米波波段的高頻邊緣（300 GHz）和低頻率的遠紅外光譜帶邊緣（3000 GHz）之間的頻率，對應的波長的輻射在該頻帶範圍從1mm到0.1mm（或100μm），所以也叫作“亞毫米波段”。前綴“ tera”表示1000000000000或10^12。
目前，國際上對太赫茲輻射已達成如下共識，即太赫茲是一種新的、有很多獨特優點的輻射源；太赫茲技術是一個非常重要的交叉前沿領域，給技術創新、國民經濟發展和國家安全提供了一個非常誘人的機遇。它之所以能夠引起人們廣泛的關注、有如此之多的應用，首先是因為物質的太赫茲光譜（包括透射譜和反射譜）包含著非常豐富的物理和化學信息，所以研究物質在該波段的光譜對於物質結構的探索具有重要意義；其次是因為太赫茲脈衝光源與傳統光源相比具有很多獨特的性質。
儘管自然界中存在著來自整個電磁頻譜的電磁輻射（例如，超新星產生了伽馬射線爆發，中子星和黑洞產生了電波，閃電產生了電波）。人類已經成功地產生並利用了電磁輻射 – 醫學中的X射線成像，無線電波進行的通信以及使用微波的快速烹飪。但是，“太赫茲”（THz）區域仍存在未被充分利用的空白。
這個難題在科學界被稱為太赫茲缺口。
能夠檢測和放大太赫茲波（T射線）將開闢醫療、通信、衛星、宇宙學和其他技術的新時代。
最大的應用之一是作為X射線的安全、無損替代品。
但是，到目前為止，由於來自所有現有光源的信號相對較弱，波長（介於3mm和30μm之間）的使用已被證明無法使用。
一組物理學家使用石墨烯和高溫半導體創造了一種新型的光學晶體管 - 一種THz放大器。放大器的物理原理取決於石墨烯的性質，石墨烯是透明的，對光不敏感，並且電子不具有質量。
放大器由兩層石墨烯和一個超導體組成，它們將石墨烯的無質量電子捕獲在它們之間，就像一個三明治。然後將設備連接到電源。
當太赫茲輻射擊中石墨烯外層時，內部捕獲的粒子將自身附著在輸出波上，從而賦予它們比到達的波更多的功率和能量，從而將其放大。
拉夫堡大學物理系的費多·庫斯馬採夫（Fedor Kusmartsev）教授說：“該設備的結構非常簡單，由兩層石墨烯和超導體組成，形成一個三明治（如上所述）。
“當太赫茲光落在三明治上時，它像鏡子一樣被反射。”
“要點是反射的光要多於落在設備上的光。
“之所以起作用，是因為外部能量是由電池或由電磁頻譜中其他更高頻率撞擊表面的光提供的。
“太赫茲光子被石墨烯轉變成無質量的電子，然後又轉變回反射的、更具能量的太赫茲光子。
“由於這種轉變，太赫茲光子從石墨烯或電池中獲取能量，因此信號增強了。”
這項突破是英國拉夫堡大學、韓國複雜系統理論物理中心、中國微型/納米制造實驗室微系統和太赫茲研究中心以及俄羅斯的AV Rzhanov半導體物理研究所的研究人員做出的，已發表在《物理評論快報》上。
團隊正在繼續開發該設備，並希望儘快準備好原型以進行測試。
庫斯馬採夫教授表示，他們希望有一個工作放大器能夠在大約一年後投入商業化生產。
他補充說，這樣的設備將極大地改善當前的技術，並使科學家能夠揭示有關人腦的更多信息。
“宇宙充滿了太赫茲輻射和信號，實際上，所有生物都吸收和發射它。”
“我希望，有了這樣的放大器，我們將能夠發現自然界的許多謎團，例如化學反應和生物過程是如何進行的，我們的大腦如何運作以及我們如何思考。
太赫茲範圍是人類最後採用的輻射頻率。
微波、紅外線、可見光、X射線和其他波長對於無數科學技術進步至關重要。
“它的特性將極大地改善科學的廣泛領域，例如成像、光譜學、層析成像、醫學診斷、健康監測、環境控制以及化學和生物識別。
“我們開發的設備將使科學家和工程師能夠利用這一波長，創造出下一代醫療設備、檢測硬件和無線通信技術。”
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