С одной стороны, ТГц-излучение занимает уникальное положение в спектре: оно не вызывает вредоносных радиационных эффектов и может проникать сквозь широкий спектр материалов, включая ткань, дерево, картон, пластик, керамику и даже тонкие кирпичные стены. С другой стороны, существует дифракционный предел, который ограничивает разрешение микроскопа длиной волны. А длина терагерцовой волны намного превышает атомы, молекулы и другие микроскопические структуры.
Ученые из Массачусетского технологического института сообщают о разработке нового терагерцового микроскопа, который сжимает Тгц-излучение до микроскопических размеров и позволяет рассмотреть квантовые детали в материалах, которые ранее были недоступны для исследования, пишет MIT News.
Обойти дифракционный предел физикам помогли спинотронные эмиттеры — многослойные металлические структуры, которые при облучении лазером испускают короткие импульсы терагерцевого света. Разместив образец очень близко к эмиттеру, ученые смогли «запереть» свет до того, как он рассеется, эффективно сжав его в пространство много меньше длины волны. Это позволило достичь беспрецедентного пространственного разрешения.
В качестве демонстрации исследователи изучили тонкий образец высокотемпературного сверхпроводника BSCCO (оксида висмута-стронция- кальция-меди). При температурах, близких к абсолютному нулю, этот материал переходит в сверхпроводящее состояние. С помощью нового микроскопа команда наблюдала, как коллективное «сверхтекучее» движение сверхпроводящих электронов в материале колеблется на терагерцевых частотах.
«Новый микроскоп позволяет нам наблюдать новый режим сверхпроводящих электронов, который никто прежде не видел», — сказал Нух Гедик, один из исследователей.
Открытие имеет важное значение для поиска высокотемпературных сверхпроводников, поскольку терагерцевое излучение позволяет исследовать ключевые свойства материалов. Кроме того, технология может ускорить разработку терагерцевой связи — перспективного направления для сверхбыстрой беспроводной передачи данных. В фундаментальной физике микроскоп открывает путь к изучению множества квантовых явлений, например, колебания кристаллической решетки и магнитных процессов, которые происходят на ТГц-частотах.
Объединенная научная команда под руководством ученых из Академии наук Китая провела в 2024 году инновационный эксперимент на Тибетском нагорье. Впервые технологию сверхпроводниковых приемников применили для беспроводной связи в ТГц-диапазоне на большом расстоянии — видео в высоком разрешении передали на 1,2 км.
