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.

Картинка: Николаев Кинев в рабочей обстановке с...

Картинка: Николаев Кинев в рабочей обстановке с приборами. Источник: Николай Кинев

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.

Картинка: экспериментальная микросхема под микр...

Картинка: экспериментальная микросхема под микроскопом. Источник: Николай Кинев

Картинка: экспериментальные микросхемы. Источни...

Картинка: экспериментальные микросхемы. Источник: Николай Кинев

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.

Картинка: криогенный модуль внутри гелиевого кр...

Картинка: криогенный модуль внутри гелиевого криостата. Источник: Николай Кинев

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 более высокой 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.