Terahertsivalo mikroskooppisiin mittoihin

Voit kertoa paljon materiaalista sen perusteella, millaista valoa siihen suuntaat: Optinen valo valaisee materiaalin pinnan, röntgensäteet paljastavat sen sisäiset rakenteet ja infrapuna vangitsee materiaalin säteilevän lämmön.

MIT:n fyysikot ovat nyt käyttäneet terahertsivaloa paljastaakseen suprajohtavan materiaalin luontaisia kvanttivärähtelyjä, joita ei ole tähän mennessä voitu havaita.

Satojen mikronien aallonpituuksilla terahertsisäteily on paljon suurempaa kuin atomit, molekyylit ja monet muut mikroskooppiset rakenteet. Tämän seurauksena sen kyky suoraan ratkaista mikroskooppisia ominaisuuksia on perustavanlaatuisesti rajoitettu.

Tiimi löysi keinon kiertää terahertsidiffraktiorajan käyttämällä spintronisia emittereitä – uutta tekniikkaa, joka tuottaa teräviä terahertsivalopulsseja ja siten pakkaa terahertsivalon mikroskooppisiin mittoihin.

Tämä terahertsivalon täsmällinen spektroskopia pystyy löytämään kvanttitason yksityiskohtia materiaaleista, jotka olivat aiemmin saavuttamattomissa.

Tutkimusryhmä käytti uutta mikroskooppiaan lähettääkseen terahertsivaloa vismuttistrontiumkalsiumkuparioksidinäytteeseen eli BSCCO -materiaaliin, joka on suprajohtavaa suhteellisen korkeissa lämpötiloissa.

”Tämä uusi mikroskooppi mahdollistaa nyt uudenlaisen suprajohtavien elektronien muodon havaitsemisen, jota kukaan ei ole koskaan ennen nähnyt”, sanoo professori Nuh Gedik.

Käyttämällä terahertsivaloa BSCCO:n ja muiden suprajohteiden tutkimiseen tiedemiehet voivat saada paremman ymmärryksen ominaisuuksista, jotka voisivat johtaa kauan haluttuihin huoneenlämmössä toimiviin suprajohteisiin.

Uusi mikroskooppi voi myös auttaa tunnistamaan materiaaleja, jotka lähettävät ja vastaanottavat terahertsisäteilyä. Tällaiset materiaalit voisivat olla tulevaisuuden langattoman, terahertsipohjaisen viestinnän perusta, joka voisi mahdollisesti siirtää enemmän dataa nopeammin kuin nykyinen mikroaaltopohjainen viestintä.

”Wi-Fin tai televiestinnän viemiseksi seuraavalle tasolle, terahertsitaajuuksille, on valtava pyrkimys”, sanoo Alexander von Hoegen, MIT:n materiaalitutkimuslaboratorion postdoc ja tutkimuksen päätekijä. ”Jos sinulla on terahertsimikroskooppi, voit tutkia, miten terahertsivalo vuorovaikuttaa mikroskooppisen pienten rakenteiden kanssa, jotka voisivat toimia tulevaisuuden antenneina tai vastaanottimina.”

Aiheesta aiemmin:

Terahertsin valo ohjaa atomisen ohuita puolijohteita

Elektronien hallintaa molekyyleissä

Terahertsivalon polarisaation nopeaa modulaatiota