Традиционално, различни видови светлина ни откриваат различни аспекти на материјалите – видливата светлина ја покажува површината, рендгенските зраци откриваат што има внатре, а инфрацрвената детектира емитирана топлина. Сега, истражувачите од МИТ направија огромен чекор напред, користејќи терахерцни зраци за да откријат квантни вибрации во суперспроводен материјал, движења кои никогаш досега не биле директно набљудувани.
Терахерцното зрачење се наоѓа меѓу микробрановите и инфрацрвената светлина во електромагнетниот спектар. Тоа пулсира повеќе од трилион пати во секунда, што е многу блиску до природните вибрации на атомите и електроните во материјалите. Во теорија, ова го прави идеален начин за проучување на овие движења.
Предизвикот на долгите бранови должини
Сепак, постои значителен предизвик. Брановата должина на терахерцната светлина е многу долга, мерејќи стотици микрони. Бидејќи светлината не може да се фокусира на место помало од нејзината бранова должина, терахерцните зраци беа преголеми за јасно да ги испитуваат ситните структури. Наместо да откриваат фини детали, тие имаа тенденција да ги преплават микроскопските примероци, ограничувајќи ја нивната употреба во микроскопијата поради фундаменталното ограничување познато како дифрактна граница.
Револуционерното решение од МИТ
Во студија објавена во списанието „Nature“, научниците од МИТ известуваат за решение. Тие создадоа нов вид терахерц микроскоп што ја компресира оваа долгобранова светлина во екстремно мал регион. Овој фокусиран зрак сега може да открие карактеристики на квантно ниво кои претходно беа недостапни. За да го заобиколат ова ограничување, истражувачите користеа спинтронични емитери, нова технологија која генерира кратки налети на терахерцно зрачење. Со поставување на примерокот екстремно блиску до емитерот, тимот ја фати терахерцната светлина пред таа да се рашири, ефективно компресирајќи ја во регион многу помал од нејзината бранова должина.
Квантни откритија и потенцијални примени
Користејќи ја оваа алатка, тимот испита материјал наречен бизмут стронциум калциум бакар оксид, или BSCCO, кој станува суперспроводен на релативно високи температури. Микроскопот им овозможи да набљудуваат проток на електрони без триење кој се однесува како „суперфлуид“, движејќи се заедно и осцилирајќи на терахерцни фреквенции во материјалот. „Овој нов микроскоп сега ни овозможува да видиме нов режим на суперспроводливи електрони што никој досега не го видел“, вели Нух Гедик, професор по физика на МИТ.
Проучувањето на BSCCO и слични материјали со терахерцни зраци може да им помогне на научниците подобро да ја разберат суперспроводливоста и да се приближат до развој на суперспроводници на собна температура. Технологијата исто така може да помогне во идентификување на материјали кои можат да емитуваат и детектираат терахерцно зрачење. Таквите материјали би можеле да играат клучна улога во идните безжични системи кои работат на терахерцни фреквенции, овозможувајќи многу побрз пренос на податоци отколку сегашните технологии базирани на микробранови. „Постои огромен напор да се подигне Wi-Fi или телекомуникациите на следното ниво, на терахерцни фреквенции“, вели Александар фон Хоеген, водечки автор на студијата. Оваа иновација ги проширува можностите за истражување и развој во областа на нанотехнологијата, безжичните комуникации и разбирањето на фундаменталната физика на материјалите.
