Физики из Германии разработали новый источник терагерцового излучения. Ширина спектра его импульсов превосходит аналогичный параметр самого популярного фотопроводящего излучателя из арсенида галлия на порядок. Кроме того, новый источник должен стать дешевле предыдущих — для его работы больше не требуется высокоинтенсивный дорогой лазер.

Работа ученых опубликована в журнале Nature Light: Science & Applications.

Диапазон терагерцового электромагнитного излучения (3‎×10¹¹—3×10¹² Гц) располагается в своего рода «темной» области между диапазонами хорошо изученных микроволновых и инфракрасных волн. В английском этот диапазон называют терагерцовым пробелом (terahertz gap), указывая на слабое развитие технологий излучения и манипуляции волн терагерцовых частот. В отличие от соседей по спектру, генерация терагерцового излучения и сегодня остается сложным и дорогим процессом.

Т-лучи (второе название терагерцовых волн) с легкостью проникают во многие материалы, и, в отличие от рентгеновских лучей, безвредны из-за отсутствия ионизирующих свойств. Поэтому, например, в медицине активно используются терагерцовые томографы, позволяющие исследовать верхние слои тела человека (кожу, сосуды и мышцы). Т-лучи используют для сканирования людей и багажа в аэропортах, а также для контроля качества различных материалов в промышленности.

Существуют и сугубо научные применения терагерцового излучения. Помимо терагерцовой спектроскопии с помощью Т-лучей также можно ускорять заряженные частицы. Теоретически, при помощи терагерцового ускорителя можно достигать энергий порядка гигаэлектронвольт на сантиметр, что значительно превышает энергии, получаемые на современных ускорителях.

Один из самых популярных методов генерации Т-лучей — облучение кристалла арсенида галлия короткими лазерными импульсами. При облучении кристалла, в нем появляются заряды, которые ускоряют приложенным к кристаллу потенциалом. Ускоренные заряды и производят терагерцовое излучение. Такой метод имеет два важных недостатка: для него подходят только специальные высокоинтенсивные дорогостоящие лазеры, а максимально возможная ширина спектра составляет всего 7 терагерц.

Группа исследователей во главе с Абхишеком Сингхом (Abhishek Singh) из Научного центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф справилась с двумя проблемами сразу.