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Materialforscher, Mediziner, Restauratoren und andere, die Verborgenes sichtbar machen wollen, können sich auf ein neues Werkzeug freuen. Forscher um Cristina Benea-Chelmus vom Laboratory of Hybrid Photonics an der Ingenieursschule der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne haben die sogenannte Terahertz-Lücke geschlossen.
Damit ist das elektromagnetische Spektrum zwischen etwa 300 und 30.000 Gigahertz gemeint, das zur hochpräzisen Bildgebung genutzt werden kann, ähnlich wie Röntgenstrahlen. Der entscheidende Unterschied: Röntgenstrahlen sind ionisierend und damit gesundheitsschädlich, Terahertzwellen dagegen nicht.
Eigenschaften feinabstimmbar
Die Wellen in besagtem Frequenzbereich lassen sich mit einem neuen Dünnschichtschaltkreis auf der Basis von Lithiumniobat in Kombination mit einem Laser erzeugen. Mehr noch: Gemeinsam mit Kollegen der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich und der Harvard University ist es gelungen, Terahertz-Wellen nicht nur zu erzeugen, sondern auch Frequenz, Wellenlänge, Amplitude und Phase der Wellen beliebig zu gestalten, sodass sie sich an unterschiedliche Aufgaben anpassen lassen.
„Wir sind jetzt in der Lage, die genaue zeitliche Form von Terahertz-Wellen zu entwickeln. Wir können sagen: Ich möchte eine Wellenform, die genau diese Eigenschaften hat“, sagt Benea-Chelmus. Miniaturisierte Geräte, die Signale im Terahertz-Bereich senden und empfangen, können auch eine Schlüsselrolle im Mobilfunk der sechsten Generation (6G) spielen – derzeit wird gerade 5G realisiert. Als nächstes plant Benea-Chelmus, sich auf die Optimierung der Eigenschaften der Wellenleiter und Antennen des Chips zu konzentrieren, um Wellenformen mit größeren Amplituden und fein abgestimmten Frequenzen zu entwickeln.
Schub für die Quantenphysik
Die Expertin sieht auch Potenzial für die Terahertz-Technologie in der Quantentechnologie. „Es gibt viele grundlegende Fragen, die beantwortet werden müssen. Uns interessiert zum Beispiel, ob wir mit solchen Chips neue Arten von Quantenstrahlung erzeugen können, die sich auf extrem kurzen Zeitskalen manipulieren lassen. Solche Wellen in der Quantenwissenschaft lassen sich nutzen, um Quantenobjekte zu kontrollieren.“ Letztlich wäre dies also die beschleunigte Weiterentwicklung von Quantencomputern.
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