Физики создали сравнительно мощный источник электромагнитных волн терагерцевого диапазона. Т-волны потенциально могут эффективно применяться в медицине для диагностики рака и других заболеваний, а также в службах безопасности для поиска спрятанных предметов, сообщает портал PhysicsWorld.
Т-волнами называют электромагнитные волны с частотой порядка 1012 герц (обычно от 300 гигагерц до трех терагерц). Это соответствует длинам волн от одного миллиметра (край высокочастотной микроволновой области) до ста микрометров (край дальней инфракрасной области). Считается, что Т-волны могут выполнять часть функций, которые сейчас выполняют рентген и ультразвук, с большей эффективностью (в частности, потому что они причиняют тканям организма меньше повреждений, чем рентген).
Проблема в том, что Т-волны достаточной мощности довольно сложно получить. Частота волн слишком высока, чтобы их могли излучать полупроводниковые устройства, но слишком низка для твердотельных лазеров.
Для получения Т-волн можно использовать так называемые джозефсоновские переходы: устройства, состоящие из двух сверхпроводников, разделенных тонким слоем изолятора, которые применяются в квантовых технологиях. При подаче на переход постоянного напряжения он начинает излучать фотоны с частотой, соответствующей энергетической щели сверхпроводника. Можно добиться того, чтобы переход излучал и Т-волны, но мощность устройства будет слишком низкой.
Коллектив американских, турецких и японских ученых под руководством Ульриха Велпа (Ulrich Welp) из Аргоннской национальной лаборатории США решил проблему использованием высокотемпературных сверхпроводников, состоящих из множества джозефсоновских переходов, которые излучают синфазные волны.
Группа Велпа работала с высокотемпературным сверхпроводником Bi2Sr2CaCu2O8, также называемым BSCCO (высокотемпературный не следует понимать буквально - свойства сверхпроводимости у BSCCO появляются при температуре около -173 по Цельсию). Сама структура BSCCO устроена так, что он состоит из множества джозефсоновских переходов: слоев сверхпроводника CuO2, разделенных изоляторами BiO и SrO. Энергетическая щель сверхпроводника такова, что переходы способны излучать Т-волны.
Для того чтобы переходы излучали синфазно, исследователи варьируют напряжение, подаваемое на фрагмент BSCCO, до тех пор, пока частота излучения не совпадет с резонансной частотой фрагмента. После этого все переходы постепенно начнут излучать именно на этой частоте.
Группа Велпа использовала фрагмент BSCCO высотой около 300 нанометров, который содержал около 200 тысяч джозефсоновских переходов и мог генерировать волны частотой до 0,85 терагерц, при этом мощность устройства составляла 0,5 микроватт. В ближайшем будущем ученые надеются довести мощность до одного милливатта, что уже достаточно, например, для поиска следов взрывчатки.