Ученые разработали новый метод генерации терагерцового излучения, который позволяет получать импульсы мощностью в 0,6 миллиджоулей, что на порядок больше предыдущих рекордов.

Разработка открывает возможность создания компактных ускорителей частиц, пишут ученые в журнале Nature Communications.

Терагерцовый диапазон электромагнитного излучения располагается между микроволновыми и инфракрасным, обычно его границы определяют от 0,1 до 30 терагерц (1012 герц). Этот диапазон также называют субмиллиметровым, так как это излучение с длинами волн от 3 до 0,01 миллиметра.

Эти волны (их называют также Т-лучами) используют в медицине и сфере безопасности — они позволяют просвечивать багаж и одежду, но не опасны для здоровья, в отличие от рентгеновского излучения. Существует ряд научных применений терагерцовым волнам (спектроскопия), а также технологические — для передачи данных.

Особые интерес к Т-лучам во многом связан с тем фактом, что именно на этих частотах происходят многие физические процессы, например движения валентных электронов в твердых телах, вращение молекул, вибрации кристаллических решеток, прецессии спинов и другие. С одной стороны, использование такого излучения позволяет наблюдать эти процессы, а с другой — вмешиваться и управлять ими.

Одно из фундаментальных применений терагерцового излучения — ускорение заряженных частиц. Этот перспективный способ теоретически позволяет достичь набора энергии на уровне гигаэлектронвольт на сантиметр, что на порядки лучше, чем у современных ускорителей. В рамках данного направления существует несколько подходов: для некоторых нужны широкополосные импульсы излучения, которые одновременно содержать колебания на многих частотах, а для других нужны узкополосные сигналы, содержащие частоты в диапазоне порядка 1 процента от центральной. Если первая технология уже достаточно развита и ученые могут превращать оптическое излучение в терагерцовое с эффективностью порядка 1 процента, то во втором случае этого сделано не было.

В работе под руководством Андреаса Майера (Andreas Maier) и Франца Кертнера (Franz Kärtner) из Гамбургского университета предлагается новый способ генерации узкополосных импульсов, который оказался в 13 раз эффективнее предложенных ранее.