Precizitātes mērīšanas institūta sasniegumi šķidrā teraherca viļņu ģenerēšanas mehānismu teorētiskajā izpētē

Terahercu viļņi ir vērtīgi komunikācijas un attēlveidošanas lietojumos. Spēcīga lauka ultraātro lāzeru nelineārā mijiedarbība ar vielu ir viens no svarīgākajiem veidiem, kā radīt terahercu viļņus. Eksperimentālie un teorētiskie pētījumi, kas saistīti ar terahercu ģenerējošām vidēm, piemēram, plazmu, gāzi un kristāliem, ir salīdzinoši labi izpētīti. Tomēr nav ziņots, ka šķidrais ūdens, kas ir ļoti spēcīga terahercu viļņu absorbējoša vide, radītu terahercu viļņus. 2017. gadā eksperimentāli tika konstatēts, ka terahercu viļņi vairāk izstaro, nekā absorbē, ja šķidruma plēves biezums vai šķidruma stara diametrs. tiek samazināts līdz mikrometru skalai. Tas pavēra jaunu virzienu šķidro terahercu viļņu pētījumos.
Pēdējos gados ir bijuši eksperimentāli ziņojumi šķidro terahercu viļņu jomā, taču vairāk eksperimentāli novēroto parādību atšķiras no citu mediju rezultātiem. Piemēram: monohromatiskais lāzera lauks var efektīvi ģenerēt šķidrus terahercu viļņus, savukārt gāzes barotnei ir nepieciešama divu krāsu lāzera īpaša fāzes atšķirība; šķidrā teraherca viļņa iznākums ir proporcionāls virzošā lāzera enerģijai, savukārt gāzes vidē ir kvadrātveida attiecība; noteiktā šķidrā teraherca diapazonā viļņa iznākums, palielinoties lāzera impulsa platumam, palielinās, savukārt gāzes vidē ir pretējais; divu krāsu lāzera piedziņā šķidrais terahercu vilnis Nemodulēts signāls parādās šķidrā terahercu vilnī, ko darbina divu krāsu lāzers, savukārt gāzes vidē līdzīgu signālu neredz. Sarežģītu un nesakārtotu šķidrās fāzes sistēmu teorētiskā izpēte vienmēr ir bijusi sarežģīta problēma, un iepriekš minētās parādības ir grūti izskaidrot ar esošajām teorijām. Pētnieki var izskaidrot tikai dažus makroskopiskus eksperimentālos rezultātus ar augstu gaismas intensitāti, pamatojoties uz iepriekšējiem plazmas modeļiem un saskarnes efektiem.
Nesen Ķīnas Zinātņu akadēmijas (CAS) Precizitātes mērījumu zinātnes un tehnoloģiskās inovācijas institūta (IPMSI) pētnieks Bians Kjuebins un doktorants Li Džengliangs ierosināja nobīdes strāvas modeli šķidro terahercu viļņu ģenerēšanai, var sistemātiski izskaidrot iepriekšminētajos eksperimentos novēroto anomāliju sēriju. Mikroskopiskā mehānisma modeļa fiziskais attēls ir parādīts attēlā: šķidruma nesakārtotā struktūra padara elektronu viļņu paketi lokalizētu, savukārt dažādu molekulu ārējo elektronu enerģiju pārvieto vide, bet dažādu molekulu ārējos elektronus. spēcīga lauka lāzera iedarbībā iziet lēcienu, lai asimetriskā sistēmā radītu nobīdes strāvas. Šo lēcienu enerģijas atšķirība ir terahercu enerģijas reģionā, kas savukārt izstaro terahercu viļņus. Tajā pašā laikā šis darbs parāda, ka atoma kodola kvantu efektam ir galvenā loma, un prognozē, ka terahercu starojums var pētīt šķidrumu izotopu efektu.
Iepriekš minētie rezultāti ir vēl viens Xuebin Bian komandas teorētiskais progress šķidrās fāzes spēcīga lauka ultraātrās dinamikas izpētes jomā, ievērojot augstas harmonikas statistisko pieauguma un krituma modeli. Saistītie pētījumu rezultāti tika publicēti Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās Zinātņu akadēmijas (PNAS) izdevumā ar nosaukumu Teraherca starojums, ko izraisa nobīdes strāvas šķidrumos. Pētniecisko darbu atbalstīja Ķīnas Nacionālā galvenā pētniecības un attīstības programma, Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds un Ķīnas Zinātņu akadēmijas Jauno komandu stabila atbalsta programma pamata pētniecības jomās.

Šķidruma terahercu viļņu ģenerēšanas shematiskā diagramma