Badania

W poszukiwaniu nowych źródeł promieniowania terahercowego

Opublikowano: 2019-09-17

forum akademickie
Prof. dr hab. Wojciech Knap / fot. OneHD

Naukowcy z międzynarodowej agendy badawczej CENTERA wraz z zespołami badawczymi z Francji, Niemiec i Rosji dokonali odkrycia, które daje nadzieję na zbudowanie nowych źródeł promieniowania terahercowego, przestrajalnych za pomocą pola magnetycznego. Wyniki zostały opisane w Nature Photonics.

W widmie elektromagnetycznym pomiędzy podczerwienią a mikrofalami leży, niewidzialne dla człowieka, promieniowanie terahercowe. Często nazywane jest ono zapomnianym pasmem lub luką terahercową. To dlatego, że wciąż nie udaje się nam wykorzystać go praktycznie, pomimo teoretycznie dużego potencjału aplikacyjnego. Jednym z istotniejszych problemów do przezwyciężenia pozostaje konstrukcja wydajnych i łatwych w obsłudze emiterów tego promieniowania. Opublikowane w „Nature Photonics” wyniki badań mogą przybliżyć nas do rozwiązania tego problemu.

Promieniowanie terahercowe (zwane też falami T, THz lub submilimetrowymi) ma wiele niezwykłych właściwości, ciekawych zarówno z punktu widzenia naukowego, jak i gospodarczego. Jedną z nich jest łatwość przenikania przez większość materiałów niemetalicznych, takich jak: tworzywa sztuczne, papier, ubrania czy drewno, co sprawia, że można je wykorzystać do analizy wewnętrznych struktur lub składu tych obiektów. W przeciwieństwie do promieniowania rentgenowskiego i ultrafioletowego, fale THz nie są szkodliwe dla ludzi ani zwierząt, a więc nie ma konieczności stosowania przy ich używaniu żadnych specjalnych środków bezpieczeństwa. Promieniowanie THz może również propagować się w powietrzu, zapewniając wizję w trudnych warunkach atmosferycznych lub przenosząc ogromną ilość informacji. Naukowcy przewidują wiele możliwych zastosowań fal submilimetrowych: w diagnostyce medycznej i rozwoju nauk przyrodniczych (np. w mikroskopach terahercowych), w komunikacji (do zwiększenia szybkości transferu), w bezpieczeństwie (w systemach wizyjnych przeznaczonych do pracy w trudnych warunkach atmosferycznych), a także w ochronie (w skanerach wykrywających niebezpieczne obiekty np. w przesyłkach pocztowych).

Aby jednak technologie te stały się rzeczywistością, najpierw konieczne jest opracowanie źródeł fal THz.

– Fizycy od 40-50 lat marzą o skonstruowaniu źródła promieniowania terahercowego, w którym możliwa byłaby zmiana długości fali za pomocą pola magnetycznego. Takim źródłem mógłby być rezonans cyklotronowy, jednak na przeszkodzie stoi pewien efekt dotyczący zachowania elektronów. W naszych eksperymentach udało się udowodnić, że ten niekorzystny efekt można zlikwidować poprzez zastosowanie, jako materiału, odpowiedniego stopu rtęci, kadmu i telluru. Jest to bowiem nietypowa materia, w której energia elektronów jest proporcjonalna do ich prędkości, a nie jak ma to zazwyczaj miejsce – do kwadratu prędkości. To powoduje, że elektrony zachowują się zupełnie inaczej, a ten rodzaj materii może służyć jako źródło fal terahercowych – mówią prof. dr hab. Wojciech Knap i dr Dmytro But z Centrum Badań i Zastosowań Technologii Terahercowych CENTERA w Warszawie, współautorzy publikacji w „Nature Photonics”.

CENTERA to nowe centrum doskonałości finansowane ze środków UE przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze (MAB), założone w strukturach Instytutu Wysokich Ciśnień PAN. Ośrodek ten współuczestniczył w badaniach nad nowymi źródłami promieniowania terahercowego, prowadzonych przez kilka zespołów naukowych, m.in. z  Uniwersytetu Montpellier we Francji, Helmholtz-Zentrum w Dreźnie w Niemczech oraz Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses w Grenoble we Francji (jednym z członków tego ostatniego zespołu był dr hab. Marek Potemski, laureat programu TEAM POIR Fundacji na rzecz Nauki Polskiej). Unikalny stop rtęci, kadmu i telluru wyprodukowali uczeni z Instytutu Fizyki Półprzewodników Rosyjskiej Akademii Nauk w Nowosybirsku, w ramach międzynarodowego programu współpracy TERAMIR.

Dominika Wojtysiak, FnP


PARTNERZY

forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie