• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
3 мая
МИФИ
483

В НИЯУ МИФИ придумали новый метод фокусировки терагерцевого излучения

4.4

В международной научно-исследовательской лаборатории «Излучение заряженных частиц» Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ разработали новый тип дифракционных решеток, который позволит фокусировать терагерцовое излучение.

Изогнутая решетка фокусирует излучение Смита-Парселла в предволновой зоне
Изогнутая решетка фокусирует излучение Смита-Парселла в предволновой зоне / © НИЯУ МИФИ

Когда электроны движутся на небольшом расстоянии от периодической решетки со скоростью, близкой к скорости света в вакууме, возбуждается излучение Смита-Парселла. Это излучение названо в честь двух ученых, которые в 1953 году впервые наблюдали интересное явление: когда электроны двигались над металлической решеткой, над ее поверхностью появлялась резкая светящаяся цветная линия. Цвет этого луча света, то есть частота излучения, менялся в зависимости от угла наблюдения и скорости электронов.

Кроме того, ученые отметили, что свойства этого излучения зависят еще и от периода решетки – в своем эксперименте они меняли период поворачивая решетку. Примечательно, что задолго до эксперимента Смита и Парселла – в 1942 году – этот тип излучения был предсказан теоретически советским ученым И. М. Франком. С тех пор излучение Смита-Парселла активно исследуется учеными во всем мире, и как источник излучения, и как способ диагностики очень быстрых электронных пучков на коллайдерах и ускорителях. В последнее время особенно активно проводят исследования этого типа излучения для того, чтобы построить на его основе управляемый источник излучения, то есть такой источник, параметры которого можно менять прямо в процессе его работы.

Сотрудники международной научно-исследовательской лаборатории «Излучение заряженных частиц», ИНТЭЛ, НИЯУ МИФИ, теоретически исследуют свойства излучения Смита-Парселла от фотонных кристаллов (искусственные среды, похожие на обычные кристаллы, в узлах которых вместо атомов находятся относительно большие объекты – наночастицы, микрочастицы, отверстия, резонаторы различных форм).

Для генерации излучения Смита-Парселла особенно интересны двумерные фотонные кристаллы – массивы частиц, расположенные в одной плоскости, образующие прямоугольную решетку, то есть два периода в двух перпендикулярных направлениях. Из-за отсутствия толщины вещества в таких фотонных кристаллах излучение практически не поглощается, а значит, интенсивность такого источника будет оставаться высокой. С другой стороны, две периодичности дают больше возможностей для управления светом, а именно его частотой и направлением распространения.

Обычно излучение от электронов измеряют далеко от источника, то есть в дальней зоне. Поле излучения в этой зоне уже «сформировалось» и отделилось от поля электрона, которое быстро убывает с расстоянием. Поэтому в дальней зоне спектры частот излучения Смита-Парселла имеют выраженные и довольно узкие максимумы, а вся интенсивность сосредоточена вблизи отдельных направлений, что очень удобно для последующего использования этого излучения.

Однако, если скорость электрона велика, то дальняя зона находится очень далеко от решетки – до нескольких метров. На практике, располагать детектор на таких расстояниях оказывается неудобно. Решение – регистрировать излучение близко к мишени, то есть в ближней или предволновой зонах. Но поле излучения здесь еще не успело «сформироваться» и отделиться от поля электрона, поэтому и спектры больше похожи на шум: в них нет выраженных максимумов, распределения довольно широкие, а также нет выделенных направлений распространения в пространстве – излучение идет практически во все стороны с одинаковой интенсивностью.

Дамир Гараев построил теорию излучения Смита-Парселла от двумерных фотонных кристаллов, которая описывает свойства излучения на любых расстояниях от решетки до детектора. Также, он рассчитал, как именно нужно расположить частицы фотонного кристалла на плоскости, чтобы детектор можно было ставить близко к решетке, а излучение при этом имело такие спектр и угловое распределение, как если бы детектор стоял далеко. Оказалось, что для этого частицы должны быть в узлах не прямоугольной решетки, а расположены периодически на изогнутых линиях. Математически, форма изогнутости – это парабола и гипербола. Излучение от таких решеток фокусируется, а это и приводит к подавлению эффекта ближней зоны (исчезновению шумных спектров и расплывания излучения в пространстве).

«Было неожиданно, когда поначалу мы получили гиперболический закон, который описывает положения отдельных частиц решетки. Ведь в оптике для подавления аналогичного эффекта ближней зоны обычно используются параболические зеркала, а между физикой излучения и оптикой существуют очень близкие параллели. Но при дальнейшем анализе мы обнаружили, что параболический закон тоже получается, но только в ультрарелятивистском случае, то есть для электронов движущихся с околосветовой скоростью! И это логично: именно в этом случае за счет лоренцевского сжатия кулоновское поле сверхбыстрых электронов становится близким по свойствам полю плоской волны. И поэтому именно в этом случае и достигается самая тесная аналогия с оптикой» – отметил Дамир.

Также, сотрудники лаборатории теоретически показали, что такие мишени дают довольно стабильные спектры и угловые распределения. При этом небольшие (сравнимые с радиусом частиц) случайные смещения частиц от расчетных координат, которые могут произойти при изготовлении мишеней, практически не играют роли: фокусировка из-за них почти не меняется. Полученные результаты позволят создать эффективный источник излучения, включая источники ТГц диапазона, а также позволят управлять светом в режиме реального времени – его частотой и направлением распространения.

Исследования выполнены в рамках программы «Приоритет-2030», подпроект «Терагерцовая фотоника на основе метаматериалов и наноплазмоники» в рамках проекта ИНТЭЛ «Радиофотоника и квантовая сенсорика». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ - ведущий российский вуз, занимающийся подготовкой высококвалифицированных инженерных кадров для атомной отрасли, науки, IT-сферы, а также других высокотехнологичных секторов экономики России. Расположен в Москве, имеет 16 филиалов в разных регионах России, в Узбекистане и Казахстане
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
10 часов назад
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

Сегодня, 08:15
Полина Меньшова

Нейросети научились систематически внушать собеседнику ложные убеждения. При этом для обмана рассмотренные языковые модели никто специально не тренировал, а в некоторых случаях им даже запрещали вести себя нечестно.

Сегодня, 12:33
Мария Азарова

Лимфатические узлы — чувствительные мишени для канцерогенных химических веществ. Появляется все больше доказательств того, что иммунологические нарушения из-за воздействия растворителей, антипиренов, пестицидов и красок для волос играют ключевую роль в начале развития злокачественных лимфом. Опасны ли в этом смысле татуировки, выяснила команда медиков из Швеции.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

24 мая
Полина Меньшова

Чрезмерный или неконтролируемый просмотр порноконтента, как правило, связан с особенностями психологического и эмоционального состояния человека. Какие именно факторы вызывают потребность в видео «для взрослых», объяснили специалисты из Австралии.

10 часов назад
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

3 мая
Василий Парфенов

Ледяной покров Антарктики претерпевает значительные изменения на протяжении года, и его поведение хорошо изучено в общем. Но некоторые локальные аномалии объяснить не получается вот уже несколько десятилетий. Одна из них — полынья возвышения Мод, или полынья моря Уэдделла, которая появляется нерегулярно на одном и том же месте. Международная команда океанологов, наконец, смогла разгадать механизмы ее образования.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: