Une équipe de recherche de l'Université ITMO et de l'Université de Rochester (États-Unis) a mené une étude sur la formation de rayonnement térahertz dans les liquides. Précédemment, la génération d'un tel rayonnement dans un milieu liquide était considérée comme impossible en raison de l'absorption élevée. Cependant, dans leurs nouvelles recherches, les scientifiques ont décrit la nature physique de ce phénomène et démontré que les sources de rayonnement liquides peuvent être aussi efficaces que les sources traditionnelles. Les résultats ont été publiés dans Lettres de physique appliquée .

Le rayonnement électromagnétique térahertz peut facilement traverser la plupart des matériaux, à l'exception des métaux et de l'eau. Aujourd'hui, il est largement utilisé dans les systèmes de sécurité utilisés pour détecter les drogues et les armes illicites, ainsi que pour la recherche biomédicale. La plupart des recherches modernes impliquant des rayonnements térahertz se concentrent sur la découverte de nouvelles, plus stable, sources puissantes et efficaces.

Les sources les plus courantes de rayonnement térahertz sont les matériaux solides. En outre, il existe des sources basées sur la filamentation laser femtoseconde dans l'air et les gaz. Dans ce cas, un faisceau laser puissant crée un plasma dans le milieu gazeux en l'ionisant de sorte que les électrons libres génèrent un rayonnement électromagnétique térahertz. Bien que faire de même dans un milieu liquide était jusqu'à présent considéré comme impossible en raison de la forte absorption, une équipe de recherche internationale de l'Université ITMO et de l'Université de Rochester a montré le contraire. Leur nouvelle étude a révélé que le liquide, En réalité, présente un certain nombre d'avantages par rapport à d'autres sources telles que les gaz.

« Jusqu'à ce que notre collègue, le professeur Xi-Cheng Zhang, avait pu détecter un rayonnement térahertz dans un liquide, on croyait que c'était impossible. Mais nous avons démontré que, en termes d'efficacité, les sources liquides peuvent se rapprocher des sources à l'état solide, qui sont maintenant considérés comme la norme. De plus, les liquides sont beaucoup plus faciles à obtenir que les cristaux. Ils peuvent également supporter une énergie de pompage élevée, qui permet d'obtenir un meilleur rendement, " explique Anton Tsypkin, Responsable du laboratoire d'optique femtoseconde et de femtotechnologie à l'université ITMO.

D'habitude, le rayonnement est généré en raison de la libération d'électrons excités libres pendant la filamentation. Plus les électrons peuvent être excités ou ionisés, plus le rayonnement térahertz de sortie sera fort. Le nombre d'électrons excités d'une molécule dépend de l'énergie dépensée pour l'excitation ou le « pompage » du milieu. La différence entre les énergies de "pompage" requises dans le gaz et le liquide est faible. À la fois, la densité des molécules dans un liquide est beaucoup plus élevée que dans un gaz, de sorte qu'une énergie de pompe comparable permet d'exciter plus d'électrons et de rendre le rayonnement plus fort.

Les scientifiques ont étudié la direction du rayonnement térahertz dans le liquide. Des expériences ont été menées en parallèle dans deux universités afin d'éliminer les erreurs. Puis, les scientifiques ont vérifié les résultats obtenus de manière indépendante et ont travaillé ensemble sur un modèle théorique pour les expliquer. Par conséquent, ils ont réussi à établir et à justifier physiquement les diagrammes de rayonnement du rayonnement térahertz dans un liquide et sa dépendance à l'angle auquel le liquide entre en collision avec le rayonnement de la pompe. Selon les chercheurs, ces résultats seront utilisés dans des travaux futurs.

"Un inconvénient important du fluide est sa grande absorption. Nous prévoyons de résoudre ce problème en optimisant le type de fluide, la forme du jet, la puissance de la pompe et un certain nombre d'autres paramètres. Nous voulons trouver expérimentalement les paramètres optimaux pour la génération de rayonnement dans différents liquides, ainsi que de développer un modèle théorique basé sur ces données. Il peut être utilisé pour créer un prototype d'appareil qui nous permettra de produire différents types de rayonnement térahertz à partir de liquides, " dit Xi-Cheng Zhang, co-directeur de l'Institut international de photonique et d'informatique optique à l'Université ITMO, et chercheur à l'Université de Rochester.