Физики обнаружили возникновение терагерцевого излучения в жидкостях — Naked Science
30.11.2018
6 минут
Редакция

Физики обнаружили возникновение терагерцевого излучения в жидкостях

Прежде генерация такого излучения в жидкой среде считалась невозможной из-за высокого поглощения, однако в своем новом исследовании ученые описали физическую природу этого явления и показали, что источники жидкого излучения могут быть столь же эффективны, как и традиционные.

3-firststudyof

Исследовательская группа из Университета ИТМО и Университета Рочестера (США) провела исследование по формированию терагерцевого излучения в жидкостях. Результаты работы опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

 

Терагерцевое электромагнитное излучение может с легкостью проходить сквозь ряд материалов, за исключением металлов и воды. Сегодня оно широко используется в системах безопасности для выявления наркотиков и оружия, также его применяют в биомедицинских исследованиях. Это подталкивает ученых, занимающихся терагерцевым излучением, фокусироваться на поиске новых, более мощных и эффективных источников.

 

Сейчас в качестве источников терагерцевого излучения чаще всего используют твердые материалы, реже — источники, основанные на фемтосекундной лазерной филаментации (сложная, сильно связанная пространственно-временная динамика оптического поля в нелинейной, быстро ионизирующейся среде, вызывающая уникальные режимы сверхбыстрой электродинамики) в воздухе и газах. Мощный лазерный луч создает плазму в газовой среде путем ее ионизации, в то время как свободные электроны генерируют электромагнитное терагерцевое излучение. Повторить этот процесс с жидкостями до сих пор считалось невозможным из-за высокого поглощения, однако в своем исследовании ученые доказали обратное, подчеркнув, что жидкость даже имеет несколько преимуществ по сравнению с газом.

 

«До того как профессор Си-Чен Чжан (Xi-Cheng Zhang) не выявил терагерцевое излучение в жидкости, это считалось невозможным. Нам удалось продемонстрировать, что с точки зрения эффективности жидкостные источники, напротив, приближаются к твердотельным источникам, чаще всего используемым в наше время. Процесс облегчает тот факт, что добыть жидкость намного легче, чем, скажем, кристаллы, а ее способность выдерживать высокую энергию накачки позволяет получить лучший конечный результат», — говорит заведующий Лабораторией фемтосекундной оптики и фемтотехнологий в Университете ИТМО Антон Цыпкин.

 

Как правило, излучение генерируется за счет высвобождения свободных возбужденных электронов во время филаментации: чем больше электронов получится возбудить и ионизовать, тем мощнее будет выходное терагерцевое излучение. Число возбужденных электронов одной молекулы зависит от энергии, затрачиваемой на возбуждение среды. Несмотря на то что разница между требуемой энергией «накачки» в газе и жидкости не сильно отличается, ученых прельщает тот факт, что плотность молекул в жидкости намного выше, чем в газе. 

 

«Вместе с тем у жидкости есть и свои недостатки: например, ее значительное поглощение. Мы полагаем, что нам удастся решить этот вопрос путем оптимизации типа жидкости, формы струи, мощности насоса и некоторых других параметров. Наша цель — найти наиболее подходящие параметры для генерации излучения в разных жидкостях и разработать теоретическую модель, основанную на этих данных. Эту модель мы впоследствии планируем использовать для создания устройства, позволяющего производить различные типы терагерцевого излучения из жидкостей», — объясняет научный сотрудник Университета Рочестера Си-Чен Чжан.

Вчера, 11:57
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

Вчера, 15:31
4 минуты
Илья Ведмеденко

По оценкам американских специалистов, одно место на пилотируемой версии корабля Dragon стоит 55 миллионов долларов. Это намного дешевле стоимости одного места на аппаратах серии «Союз».

Позавчера, 16:28
4 минуты
Никита Шевцов

Австрийские ученые обнаружили в образцах биологических жидкостей людей новый вид бактериофагов — вирусов, поражающих бактерии.

Вчера, 11:57
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

12 ноября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые использовали современные методы анализа и создали тест, который может определить, принимал ли человек наркотики, даже после того, как он тщательно вымыл руки.

13 ноября
18 минут
Александр Березин

Гибель десятков человек от вейпинга объяснили витамином Е. Попробуем разобраться в странной истории о массовой болезни молодых вейперов.

Вчера, 11:57
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

12 ноября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые использовали современные методы анализа и создали тест, который может определить, принимал ли человек наркотики, даже после того, как он тщательно вымыл руки.

13 ноября
18 минут
Александр Березин

Гибель десятков человек от вейпинга объяснили витамином Е. Попробуем разобраться в странной истории о массовой болезни молодых вейперов.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: