Новый шаг к практическому применению терагерцовых технологий

Терагерцовые волны – разновидность электромагнитного излучения, расположенного в диапазоне между микроволновым и инфракрасным. Проблема в том, что в настоящее время дешевых, эффективных и простых в применении источников и детекторов этого типа излучения нет. Из-за чего тормозится распространение терагерцовых технологий.

Если бы эта проблема была решена, это способствовало бы прогрессу во многих отраслях: в безопасности, материаловедении, коммуникации и медицине. К примеру, ТГц-волны позволили бы увидеть на снимках раковые ткани, невидимые невооруженным глазом. С их помощью можно было бы отличать в аэропортах лекарства от наркотиков, а беспроводная связь стала бы быстрее.

Разрабатывая терагерцовый детектор, группа физиков из Великобритании и Германии неожиданно для себя обнаружила, что устройство выдает намного более сильный сигнал, чем можно было ожидать, судя по теоретическим выкладкам, https://phys.org/news/2022-05-closer-terahertz-technology-us... Phys.org. Ученым пришлось искать объяснение этому, рассказал Владислав Михайлов, один из исследователей.

Оно было найдено в том, как свет взаимодействует с веществом. На высоких частотах вещество поглощает свет в форме отдельных фотонов. Эта интерпретация, впервые предложенная Эйнштейном, заложила основу квантовой механики и объяснила тот фотоэлектрический эффект, который впоследствии стал применяться в камерах смартфонов или в солнечных панелях.

Суть эффекта в том, что под действием фотонов происходит выработка электронов из проводящего материала – металла или полупроводника. В трехмерной среде электроны могут быть выбиты в вакуум фотонами в диапазоне ультрафиолетовых или рентгеновских волн или высвободиться в диэлектрике в диапазоне от среднего инфракрасного до видимого.

Инновация ученых состоит в открытии квантового процесса фотовозбуждения в терагерцовом диапазоне, похожем на фотоэлектрический эффект. «Тот факт, что такие эффекты могут существовать внутри высоко проводящих, двухмерных электронных газов в условии гораздо более низких частот, до сих пор не был понятен, - сказал Михайлов. – Но мы смогли доказать это экспериментально».

Одно из преимуществ этого нового эффекта в том, что магнитуда терагерцового фотоотклика намного выше, чем дают другие методы повышения этого показателя. Поэтому, как ожидают ученые, эффект обеспечит производство ТГц-детекторов со значительно большей чувствительностью.

Инженеры из США и Канады https://hightech.plus/2020/11/03/sozdan-revolyucionnii-terag... два года назад высокомощную портативную версию квантово-каскадного лазера, способного генерировать терагерцовое излучение вне лабораторных условий. Такое устройство можно будет применять, например, для мобильной диагностики онкологических заболеваний или обнаружения взрывчатки и запрещенных предметов в потоке людей.