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, пишет 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 разработали 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.