Космос, радиофизика и медицина: создан новый источник терагерцевого излучения
08.10.2019
Российские ученые
из Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова создали
прибор, способный служить источником терагерцевого излучения. Его применяют в
исследованиях космоса, радиофизике и медицине. Работа поддержана
Президентской программой исследовательских проектов
Российского научного фонда и опубликована в Journal of Applied
Physics и IEEE Transactions
on Terahertz Science and Technology.
Терагерцевый
диапазон излучения располагается между инфракрасным и микроволновым. Оно
невидимо для человеческого глаза, свободно проходит через диэлектрики
(материалы, которые плохо проводят ток, — дерево, керамику, пластик), трудно — через металл и воду. Это
излучение применяется в медицине и сфере безопасности. Им можно просвечивать
багаж и одежду, причем, в отличие от рентгеновского, без опасности для
здоровья. Для генерации терагерцевого излучения разработаны некоторые методы,
но они не всегда позволяют достигать высокой мощности или очень дорого стоят.
Исследователи
из Института радиотехники и электроники имени В. А.
Котельникова
предложили генерировать терагерцевое излучение с помощью джозефсоновского
контакта. Его суть заключается в том, что если диэлектрик поместить между двумя
сверхпроводниками (они очень хорошо проводят электричество при низких
температурах), то через него начнет протекать ток. Этот ток создает
электромагнитную волну, которую можно направлять в свободное пространство.
Ученые
связали джозефсоновский контакт и антенну с эллиптической линзой на одной
микросхеме. Антенна позволяет вывести излучение из линии передачи, посылающей
поток в определенном направлении, в открытое пространство. Для генерации
излучения на разных диапазонах частот ученые предложили два варианта
конструкции антенны. Спектр электромагнитной волны анализировался с помощью
терагерцевого спектрометра высокого разрешения.
Результаты показали, что с
помощью разработанного устройства можно получать электромагнитное излучение
нужной частоты для двух конструкций. Присоединенная антенна позволяет
генерировать излучение в открытое пространство. Мощность сигнала составляет
0,1–1 мкВт, что достаточно для применения в спектроскопии. В других приложениях
это значение можно увеличить при пропускании через джозефсоновский контакт тока
большей силы. Стоит отметить, что предложенные конструкции антенны лишь
демонстрируют возможность излучения в указанных диапазонах частот, и при помощи
разработанной технологии можно достичь выходного излучения нужной частоты (до 1
ТГц).
«Наш
генератор излучения найдет широкое применение в терагерцевой спектроскопии для
анализа свойств материалов, в качестве опорного источника для исследований
спектров космического электромагнитного излучения, а также в других областях
естественных наук и информационных технологий», — говорит руководитель проекта Николай Кинев, кандидат физико-математических наук, сотрудник
лаборатории сверхпроводниковых устройств для приема и обработки информации
Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова РАН.
Картинка
1. Экспериментальные микросхемы.
Источник: Николай Кинев
Картинка
2. Экспериментальная микросхема под микроскопом.
Источник: Николай Кинев
Картинка
3. Криогенный модуль внутри гелиевого криостата.
Источник: Николай Кинев
Картинка
4. Николаев Кинев в рабочей обстановке с приборами.
Источник: Николай Кинев
Пресс-служба Российского научного фонда