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Montag, 27.03.2017
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Nano-Antenne ermöglicht Terahertz-Scanner im Handyformat

Nanotechnologie und Nanofabrikation sorgen für Durchbruch bei der Erzeugung von Terahertzstrahlen

Medizinische Handscanner ähnlich den Tricordern in der TV-Serie „Raumschiff Enterprise“ könnten bald Realität werden. Denn Forschern ist es erstmals gelungen, bei Raumtemperatur Terahertzwellen zu erzeugen, die stark und fokussiert genug sind, um in einem solchen mobilen Gerät eingesetzt zu werden. Ihre neue Methode ermögliche es erstmals, die bisher extrem teure und klobige Technologie - unter anderem bekannt von den umstrittenen Nacktscannern an Flughäfen - auf tragbare Maßstäbe zu verkleinern. Zudem mache sie solche Scanner erheblich billiger als bisher, berichten die Forscher im Fachmagazin „Nature Photonics“.
Nanotechnologie

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Terahertzstrahlen sind elektromagnetische Wellen, deren Wellenlängen zwischen denen von Infrarot- und Mikrowellen liegen. Je nach Stärke durchdringen Terahertzstrahlen verschiedenen Materialien, aber auch Körpergewebe, ohne Schäden zu hinterlassen. Mit Terahertz-Scannern könnten sich beispielsweise Tumore von gesundem Gewebe unterscheiden oder der Grad von Verbrennungen bestimmen lassen. Aber auch als Sensoren für Gase, Drogen oder zerstörungsfreie Tests von Computerbauteilen und anderen Materialien seien solche Scanner geeignet, sagen die Forscher.

Nano-Antenne aus zwei Metallspitzen


„Das Geheimnis hinter der Innovation liegt in der neuen Nano-Antenne, die wir entwickelt und in einem Halbleiterchip integriert haben“, erklärt Erstautor Jing Hua Teng vom Institute of Materials Research and Engineering (IMRE) in Singapur. Die Antenne besteht aus zwei winzigen Metallspitzen, die durch eine nur 100 Nanometer breite Lücke getrennt sind - das ist Tausendmal weniger als der Durchmesser eines Haares. Wird diese Konstruktion unter Strom gesetzt und mit Licht verschiedener Wellenlängen bestrahlt, erzeugt sie starke Terahertzstrahlung.

„Dank moderner Nanotechnologie und Nanofabrikation haben wir einen echten Durchbruch in der Erzeugung von Terahertzstrahlen erzielt, der uns einen Schritt näher an zukünftige Handscanner heranbringt“, sagt Mitautor Stefan Maier vom Imperial College London.


100fach mehr Strahlung bei weniger Energie


Die Terahertzausbeute dieser Nano-Antenne sei rund 100-fach stärker als die herkömmlicher Terahertzgeneratoren, sagen die Forscher. Das ermögliche unter anderem eine deutlich bessere Auflösung und verbrauche weniger Energie. Die Bandbreite der erzeugten Strahlung sei doppelt so hoch. Das erhöhe auch die Einsatzmöglichkeiten. Außerdem funktioniere das neue System bei Raumtemperatur, es müsse daher nicht, wie bisherige Geräte, bis auf ultrakalte Temperaturen heruntergekühlt werden.

Nach Ansicht der Forscher könnten mit der neuen Technik Handscanner gebaut werden, die ähnlich vielseitig einsetzbare wären wie die Tricorder aus der TV-Serie „Raumschiff Enterprise“. Denn solche Scanner könnten nicht nur als Sensoren dienen, sondern die Daten auch gleich auswerten und per drahtloser Datenübertragung an andere Rechner schicken.

Terahertzstrahlen machen Untersuchungen einfacher


„Terahertzstrahlen werden medizinische Untersuchungen viel schneller und einfacher machen“, sagt Maier. Das bedeute für die Patienten weniger Stress durch komplizierte und langwierige Untersuchungsprozeduren und keine langen Wartezeiten auf die Ergebnisse mehr. (Nature Photonics, 2012; doi: 10.1038/nphoton.2011.322)
(Nature Photonics / dapd, 24.01.2012 - NPO)
 
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