Укрощение капризных

Группа исследователей из Тель-Авивского университета заявила, что благодаря использованию нанометрических материалов разработала новый способ генерации и управления терагерцевыми волнами, капризным типом электромагнитных волн.

Они могут быть использованы для создания устройств с расширенными возможностями визуализации, которые позволяют обнаружить, что находится за непрозрачными материалами, такими как пластик или бумага, идентифицировать небольшие структуры и их состав или же просматривать слои краски в произведениях искусства.

Ученые считают, что терагерцевые волны имеют очень важное значение благодаря их уникальной способности взаимодействовать с субстанциями – это делает их полезными для точной идентификации различных материалов. Кроме того, терагерцевые волны могут проходить через объекты, которые оказываются непрозрачными для волн другой длины, и, следовательно, могут использоваться для обнаружения скрытых объектов и даже выявления их состава. Способность генерировать и контролировать терагерцевые волны до сих пор была очень ограничена по сравнению с другими видами излучения.

И вот исследователи из Центра нанонауки и нанотехнологий при Тель-Авивском университете говорят, что создали нанометрические поверхности, известные как метаповерхности, которые обеспечивают «новаторские и беспрецедентные генерацию и контроль терагерцевых волн».

Эти нанометрические материалы были разработаны в наноразмерной электрооптической лаборатории на кафедре физической электроники университета ее руководителем профессором Талом Элленбогеном, а также студентами-исследователями Шаем Керен-Зуром, Мэй Тал и Эвиатаром Минерби в сотрудничестве с профессором Дэниелом Миттлманом из Университета Брауна в США и докто­ром Шарли Флейшер из Школы химии Тель-Авивского университета.

Результаты исследований были недавно опубликованы в изданиях Nature Communications и Nano Letters и будут представлены в начале февраля в Сан-Франциско во время SPIE Photonics West – международной выставки оптики, лазеров, биомедицинской оптики и оптоэлектронных компонентов.

Радиоволны – это длинные электромагнитные волны. Свет, рентгеновские и инфракрасные лучи – это короткие электромагнитные волны. Между короткими и длинными волнами в электромагнитном спектре и располагаются другие виды электромагнитных волн – терагерцевые. Короткие и длинные электромагнитные волны давно и широко применяются благодаря наработанным технологическим возможностям генерировать и контролировать их. Современная технология может прекрасно обращаться с оптическими или радиоволнами, но с терагерцевым излучением не так легко справиться, поскольку оно сильно поглощается проводящими материалами и некоторыми диэлектриками.

Наноструктурированные материалы, разработанные исследователями Тель-Авивского университета, активируются облучением их ультракороткими импульсами инфракрасного света, после чего эти метаматериалы генерируют терагерцевые волны. Они предоставляют новый многообещающий инструмент для терагерцевой науки и ее прикладных применений.

Исследователи создали чипы, покрытые миллионами нанометрических золотых антенн (1 нанометр = 10^-9 м), которые принимают свет от лазеров, излучающих ультракороткие инфракрасные импульсы. Полученная энергия преобразуется, что позволяет передавать терагерцевые импульсы. Управляя антеннами на метаповерхностях, исследователи показали, что могут определять форму терагерцевого импульса способом, который никогда ранее не применялся.

В заявлении Элленбогена говорится: «Практическая реализация наших идей, осуществленная в лаборатории, открывает новые горизонты, потому что возникает возможность использования нанометрических материалов и излучения ими света контролируемым образом. Это добавляет в нашу практику важные технологические средства и новые возможности, что продвигает исследования в этой области на большой шаг вперед».

Исследование продемонстрировало, что возможность полностью контролировать форму и другие свойства терагерцевых волн позволяет разрабатывать и внедрять передовые методы визуализации, а также новые виды микроскопии и спектроскопии. Таким образом, например, улучшится способность выяснять на расстоянии, без химических лабораторных исследований, состав и пространственную структуру материалов. Это позволит, например, легко обнаружить поддельные лекарства и взрывчатку.

Проект получил финансирование от Европейского исследовательского совета (ERC) и Министерства науки, технологии и космоса Израиля.

 

Сергей ХАУДРИНГ