Radiazioni terahertz, o raggi T, è stato a malapena sfruttato rispetto alla maggior parte del resto dello spettro elettromagnetico. Eppure i raggi T hanno potenzialmente applicazioni nelle comunicazioni wireless di prossima generazione (6G/7G), sistemi di sicurezza, biomedicina, e anche storia dell'arte. Un nuovo dispositivo per il controllo dei raggi T che utilizza una "metasuperficie" appositamente progettata con proprietà non presenti in natura potrebbe iniziare a realizzare questo potenziale.

I risultati sono pubblicati nella rivista peer-reviewed Ottica Express il 13 luglio, 2020.

Il 'terahertz gap' è un termine usato dagli ingegneri per descrivere come esista pochissima tecnologia che utilizzi la banda di frequenza nello spettro elettromagnetico che si trova tra le microonde e la radiazione infrarossa:radiazione terahertz (chiamata anche T-ray).

Sebbene sia semplice generare e manipolare microonde e radiazioni infrarosse, le tecnologie pratiche che operano a temperatura ambiente e che sono in grado di fare lo stesso con i raggi T sono inefficienti e poco pratiche. Questo è un grande peccato, poiché le proprietà dei raggi T li renderebbero estremamente utili se potessimo davvero sfruttarli.

I raggi T possono penetrare oggetti opachi come i raggi X, ma non sono ionizzanti, molto più sicuro. Possono anche passare attraverso i vestiti, Di legno, plastica, e ceramiche, quindi sono di interesse per il settore della sicurezza e della sorveglianza per l'imaging in tempo reale per identificare armi nascoste o esplosivi. Per questo stesso motivo, le applicazioni delle radiazioni terahertz sono promettenti anche per la scienza del patrimonio culturale, offrendo agli storici dell'arte e ai musei un'opzione senza rischio di radiazioni per l'indagine su manufatti che vanno dai dipinti alle mummie.

Tecnologia Terahertz che consente la generazione, rilevamento, e l'applicazione delle onde terahertz è decollata nell'ultimo decennio circa, chiudendo un po' il divario dei terahertz. Ma le prestazioni e le dimensioni dei componenti ottici convenzionali in grado di manipolare le onde terahertz non hanno tenuto il passo con questo rapido sviluppo. Uno dei motivi è la mancanza di materiali naturali adatti alla banda d'onda terahertz.

Però, i ricercatori della Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) guidati dal professore associato e ingegnere delle onde terahertz Takehito Suzuki hanno recentemente sviluppato un componente ottico che può manipolare più facilmente i raggi T e in modo pratico, utilizzando un materiale che non si verifica in natura.

Convenzionalmente, un collimatore, un dispositivo che restringe i raggi o le onde, tipicamente costituito da una lente o uno specchio ricurvo, in grado di manipolare i raggi T, è una struttura tridimensionale ingombrante fatta di materiali naturali.

Ma i ricercatori TUAT Takehito Suzuki, Kota Endo, e Satoshi Kondoh hanno ideato un collimatore come un piano ultrasottile (2,22 micrometri) realizzato con una "metasuperficie", un materiale progettato per avere proprietà impossibili o difficili da trovare in natura. Queste proprietà non derivano da qualsiasi sostanza di base metallica o plastica di cui sono composti, ma invece dalla geometria e dalla disposizione del materiale in minuscoli schemi ripetuti che possono piegare le onde elettromagnetiche in un modo che le sostanze naturali non possono.

In questo caso, il materiale ha un indice di rifrazione estremamente alto (quanto lentamente la luce lo attraversa) e una bassa riflettanza (proporzione di luce riflessa dopo aver colpito una superficie). Il collimatore è costituito da 339 coppie di metaatomi disposti in modo che l'indice di rifrazione aumenti concentricamente dall'esterno al centro del dispositivo.

"Il design della metasuperficie è senza precedenti, "disse Suzuki, "fornire prestazioni molto più elevate che dovrebbero accelerare lo sviluppo di un'ampia gamma di applicazioni, comprese le comunicazioni wireless di nuova generazione (6G/7G) e persino i dispositivi di controllo delle radiazioni termiche."