Физики из университета Лафборо (Великобритания) нашли эффективный способ улучшения терагерцовых технологий с помощью наночастиц, которые в тысячи раз меньше песчинки. Редкий слой из таких микроскопических элементов делает материалы, генерирующие излучение, значительно более эффективными. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
Терагерцовое излучение располагается на электромагнитном спектре ровно между микроволнами и инфракрасным светом. Эти волны способны безопасно проникать сквозь одежду, пластик и бумагу, определяя химические характеристики скрытых объектов. Это делает их идеальными для систем безопасности, медицинской визуализации и сверхбыстрой беспроводной связи, однако существующие приборы критически страдают от низкой эффективности генерации волн.
Для решения этой проблемы научная команда нанесла слой наночастиц из золота и кремния на спинтронный материал, который использует квантовое вращение электронов для генерации нужного излучения. Самым удивительным открытием стало то, что частицам потребовалось покрыть всего лишь около 6% площади поверхности материала, чтобы итоговая мощность терагерцового выхода в лабораторных тестах увеличилась в 1,6 раза.
Секрет кроется в физическом поведении этих вкраплений. Наночастицы действуют как мощные микроскопические «концентраторы света». Когда на поверхность попадает внешний лазерный импульс, они собирают и фокусируют его энергию в крошечных локальных зонах. Это многократно усиливает интенсивность взаимодействия света с материалом и позволяет устройству работать с высокой отдачей при минимальных затратах энергии.
Перед началом практических опытов ученые провели компьютерное моделирование того, как наночастицы взаимодействуют со светом. Лишь после этого материал был физически собран в лаборатории и протестирован с использованием сверхбыстрых лазерных импульсов. Высокая чувствительность эффекта доказала, что даже микроскопические изменения на наноуровне могут оказывать колоссальное влияние на макроскопические технологии.
Разработанный подход предлагает относительно простой, дешевый и легко масштабируемый способ массового улучшения генераторов. Это открытие прокладывает прямую дорогу к созданию совершенно новых типов компактных устройств, которые станут основой для портативных медицинских сканеров, точных инструментов неразрушающего контроля на производстве и коммуникационных систем связи следующего, шестого поколения.
Ранее Наука Mail рассказывала, что российские физики создали синий нанолазер с рекордно узкой полосой излучения.
