A Precision Measurement Institute előrehaladása a folyékony terahertz hullámgenerálási mechanizmusok elméleti tanulmányozásában

A terahertz hullámok értékesek a kommunikációs és képalkotó alkalmazásokban. Az erős terű ultragyors lézerek anyaggal való nemlineáris kölcsönhatása a terahertz hullámok generálásának egyik fontos módja. A terahertz-generáló közegekkel, például plazmával, gázzal és kristályokkal kapcsolatos kísérleti és elméleti vizsgálatok viszonylag jól tanulmányozottak. Azonban a folyékony vízről, amely a terahertz hullámok nagyon erős elnyelő közege, nem számoltak be arról, hogy terahertz hullámokat generálna. 2017-ben kísérletileg megállapították, hogy a terahertz hullámok jobban kisugárzódnak, mint elnyelődnek, ha a folyadékréteg vastagsága vagy a folyadéksugár átmérője. mikrométeres skálára csökken. Ez új irányt nyitott a folyékony terahertz hullámok kutatásában.
Az elmúlt években kísérleti jelentések születtek a folyékony terahertz hullámok területén, de több kísérletileg megfigyelt jelenség különbözik más közegek eredményeitől. Például: a monokromatikus lézermező hatékonyan képes folyékony terahertz hullámokat generálni, míg a gázközeg a kétszínű lézer meghatározott fáziskülönbségét igényli; a folyékony terahertz hullám hozama arányos a meghajtó lézer energiájával, míg a gázközegben négyzetes összefüggés; a folyadék terahertzes hullámának egy bizonyos tartományában a lézer impulzusszélességének növekedésével növekszik, míg a gázközegnél ennek az ellenkezője igaz; a kétszínű lézeres meghajtóban a folyékony terahertz hullám A kétszínű lézerrel meghajtott folyékony terahertz hullámban nem modulált jel jelenik meg, míg a gázközegben hasonló jel nem látható. Az összetett és rendezetlen folyadékfázisú rendszerek elméleti vizsgálata mindig is nehéz probléma volt, és a fenti jelenségek nehezen magyarázhatók a meglévő elméletekkel. A kutatók csak a korábbi plazmamodellek és interfészhatások alapján tudnak megmagyarázni néhány nagy fényintenzitású makroszkópikus kísérleti eredményt.
A közelmúltban Bian Xuebin, a Kínai Tudományos Akadémia (CAS) Precíziós Méréstudományi és Technológiai Innovációs Intézetének (IPMSI) kutatója és Li Zhengliang doktorandusz egy elmozdulóáram-modellt javasoltak folyékony terahertz hullámok generálására. szisztematikusan meg tudja magyarázni a fenti kísérletekben megfigyelt anomáliák sorozatát. A mikroszkópos mechanizmusmodell fizikai képe az ábrán látható: a folyadék rendezetlen szerkezete az elektronhullámcsomagot lokalizálttá teszi, miközben a különböző molekulák külső elektronjainak energiáját a környezet, a különböző molekulák külső elektronjainak energiáját eltolja. az erős mező lézer hatására egy ugráson mennek keresztül, hogy az aszimmetrikus rendszerben elmozduló áramokat generáljanak. Ezen ugrások energiakülönbsége a terahertz energiatartományban van, ami viszont terahertz hullámokat sugároz. Ugyanakkor ez a munka azt mutatja, hogy az atommag kvantumhatása kulcsszerepet játszik, és azt jósolja, hogy a terahertz sugárzás képes tanulmányozni a folyadékok izotóphatását.
A fenti eredmények Xuebin Bian csapatának újabb elméleti előrehaladását jelentik a folyadékfázisú, erős terű ultragyors dinamikai kutatások területén, a magas harmonikus statisztikai emelkedési és esési modellt követve. A kapcsolódó kutatási eredményeket a Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) publikálták Folyadékok eltolási áramai által kiváltott terahertzes sugárzás címmel. A kutatási munkát a Kínai Nemzeti Kulcskutatási és Fejlesztési Program, a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány, valamint a Kínai Tudományos Akadémia Fiatal csapatok alapkutatási területein való stabil támogatására irányuló programja támogatta.

Folyékony terahertz hullám keltésének sematikus diagramja