Nowe źródła promieniowania terahercowego? Szanse dają m.in. polskie badania

O badaniach informuje na stronie internetowej Fundacja na rzecz Nauki Polskiej (FNP). Prowadzili je naukowcy z założonego w strukturach Instytutu Wysokich Ciśnień PAN, ośrodku CENTERA we współpracy z zespołami badawczymi z Francji, Niemiec i Rosji.

Jak przypomina FNP, 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 wykorzystać go praktycznie, pomimo teoretycznie dużego potencjału aplikacyjnego.

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).

"Jednym z istotniejszych problemów do przezwyciężenia pozostaje konstrukcja wydajnych i łatwych w obsłudze emiterów tego promieniowania" - czytamy w komunikacie.

Międzynarodowy zespół w czasopiśmie opublikowanym w Nature Photonics przedstawia wyniki badań, które mogą przybliżyć do rozwiązania tego problemu.

„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. Wojciech Knap i dr Dmytro But z Centrum Badań i Zastosowań Technologii Terahercowych CENTERA w Warszawie, współautorzy publikacji w Nature Photonics, cytowani w komunikacie prasowym.

Unikalny stop rtęci, kadmu i telluru wyprodukowali uczeni z Instytutu Fizyki Półprzewodników Rosyjskiej Akademii Nauk w Nowosybirsku, w ramach międzynarodowego programu współpracy TERAMIR - informuje FNP.

CENTERA to nowe centrum doskonałości finansowane ze środków Unii Europejskiej przez FNP w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze (MAB). 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.

PAP - Nauka w Polsce

ekr/ agt/