Institut za precizna mjerenja napreduje u teorijskom proučavanju tečnih mehanizama za generiranje terahercnih valova

Teraherc valovi su vrijedni u komunikacijskim i slikovnim aplikacijama. Nelinearna interakcija ultrabrzih lasera jakog polja sa materijom jedan je od važnih načina za generiranje teraherc valova. Eksperimentalne i teorijske studije koje se odnose na medije koji stvaraju teraherc kao što su plazma, gas i kristali su relativno dobro proučeni. Međutim, nije prijavljeno da tečna voda, koja je vrlo jak apsorbirajući medij za teraherc valove, stvara teraherc valove. U 2017. eksperimentalno je utvrđeno da se teraherc valovi više zrače nego apsorbiraju kada debljina filma tečnosti ili prečnik snopa tekućine svodi se na mikrometarsku skalu. Ovo je otvorilo novi pravac u istraživanju tečnih teraherc talasa.
Posljednjih godina bilo je eksperimentalnih izvještaja u području tekućih teraherc valova, ali više fenomena uočenih eksperimentalno se razlikuje od rezultata drugih medija. Na primer: monohromatsko lasersko polje može efikasno da generiše tečne teraherc talase, dok gasni medij zahteva specifičnu faznu razliku dvobojnog lasera; prinos tečnog teraherc talasa je proporcionalan energiji pokretačkog lasera, dok je u gasnom mediju kvadratni odnos; u određenom opsegu tečnog teraherc talasnog prinosa sa povećanjem širine impulsa lasera raste, dok je obrnuto za gasni medij; u dvobojnom laserskom pogonu, tečni teraherc talas Nemoduliran signal se pojavljuje u tečnom teraherc talasu koji pokreće dvobojni laser, dok se sličan signal ne vidi u gasnom mediju. Teorijsko proučavanje složenih i neuređenih sistema tečne faze oduvijek je bio težak problem, a gore navedene pojave je teško objasniti postojećim teorijama. Istraživači mogu objasniti samo neke makroskopske eksperimentalne rezultate pri visokom intenzitetu svjetlosti na osnovu prethodnih modela plazme i efekata interfejsa.
Nedavno su Bian Xuebin, istraživač na Institutu za precizna mjerenja nauke i tehnološke inovacije (IPMSI) Kineske akademije nauka (CAS), i Li Zhengliang, doktorand, predložili model struje pomaka za generiranje tekućih teraherc valova, koji može sistematski objasniti niz anomalija uočenih u gornjim eksperimentima. Fizička slika modela mikroskopskog mehanizma prikazana je na slici: neuređena struktura tekućine čini paket elektronskih valova lokaliziranim, dok se energija vanjskih elektrona različitih molekula pomjera okolinom, a vanjski elektroni različitih molekula pod dejstvom lasera jakog polja podležu skoku da generišu struje pomeranja u asimetričnom sistemu. Energetska razlika ovih skokova je u teraherc energetskom području, koje zauzvrat zrači teraherc talase. Istovremeno, ovaj rad pokazuje da kvantni efekat atomskog jezgra igra ključnu ulogu, i predviđa da teraherc zračenje može proučavati izotopski efekat tečnosti.
Gore navedeni rezultati su još jedan teorijski napredak Xuebin Bianovog tima u polju istraživanja ultrabrze dinamike jakog polja tečne faze, prateći statistički model rasta i pada visokog harmonika. Srodni rezultati istraživanja objavljeni su u Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) pod naslovom Teraherc zračenje inducirano strujama pomaka u tekućinama. Istraživački rad podržan je od strane Nacionalnog ključnog istraživačkog i razvojnog programa Kine, Kineske nacionalne fondacije za prirodne nauke i Programa za stabilnu podršku mladim timovima u oblastima osnovnih istraživanja Kineske akademije nauka.

Šematski dijagram generiranja tekućih teraherc valova