Une équipe de chercheurs dirigée par Hideo Hosono de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) a montré que les rayons térahertz peuvent être convertis en lumière visible à l'œil humain. Cette découverte constitue une percée pour la recherche sur les matériaux fonctionnels et pourrait conduire au développement d'un nouveau type de détecteur térahertz.

Les scientifiques ont réussi à visualiser le rayonnement térahertz, populairement connu sous le nom de rayons T, à l'aide d'un cristal appelé mayénite (Ca 12 Al 14 O 33 ). Leur méthode utilise intelligemment le mouvement de cliquetis causé par la vibration des ions d'oxygène à l'intérieur des structures en forme de cage du cristal.

Dans les années récentes, il y a eu un intérêt croissant pour le développement de dispositifs pratiques basés sur la technologie térahertz. Avec des longueurs d'onde plus longues que la lumière infrarouge, Les rayons T sont considérés comme plus sûrs que les systèmes d'imagerie conventionnels. Ils sont déjà utilisés, par exemple, aux points de contrôle de sécurité des aéroports, et commencent à être plus largement utilisés dans des domaines tels que le dépistage médical, inspection des aliments et analyse d'œuvres d'art. La visualisation de la lumière térahertz elle-même, cependant, s'est jusqu'à présent avérée difficile.

Maintenant, Hideo Hosono du Materials Research Center for Element Strategy, Tokyo Tech et ses collègues au Japon, L'Ukraine et les États-Unis ont mis au point une approche simple pour convertir les rayons T en rayons lumineux, lumière visible. Leurs conclusions ont été publiées dans ACS Nano .

D'abord, l'étude consistait à envoyer des rayons T sur le cristal de mayénite à l'aide d'un gyrotron. Cela a conduit à la vibration des anions d'oxygène, qui entrent en collision avec les parois intérieures des cages à l'intérieur du cristal. Chaque cage a un diamètre intérieur de 0,4 nanomètre et un diamètre extérieur de 0,7 nanomètre.

"Le cliquetis des ions d'oxygène dans les cages favorise la conversion d'énergie vers le haut, " explique Hosono. " Des collisions fortes et fréquentes des ions oxygène induisent un transfert d'électrons vers les cages vides voisines. L'excitation des ions oxygène est la clé de l'émission de lumière visible."

Les mesures de spectroscopie ont confirmé que la lumière visible provenait des vibrations causées par les anions d'oxygène en mouvement libre. Les chercheurs ont pris soin d'exclure la possibilité que d'autres sources telles que le rayonnement du corps noir et la polarisation de surface soient à l'origine de la production de lumière visible.

L'étude est un exemple de recherche stratégique sur les matériaux fonctionnels dans le cadre de l'initiative Element Strategy soutenue par le ministère japonais de l'Éducation, Culture, Des sports, Science et technologie (MEXT) et l'Agence japonaise pour la science et la technologie (JST).

"Le cristal dans notre étude est juste composé de calcium, aluminium et oxygène, qui sont tous dans le top cinq des éléments les plus abondants, " dit Hosono. " Alors, c'est l'un des matériaux les moins chers, à environ 15 cents le kilogramme."

Malgré sa simplicité, Hosono dit que le cristal a de nombreuses propriétés intéressantes en raison de sa nanostructure. Fort de 20 ans de recherche, son groupe a déjà réussi à démontrer que le matériau possède d'excellentes propriétés catalytiques pour la synthèse d'ammoniac et la supraconductivité.

Mieux connu pour ses travaux pionniers sur les supraconducteurs à base de fer, Hosono dit que l'étude actuelle marque une nouvelle direction de recherche. "Notre groupe s'est concentré sur la culture de nouvelles fonctionnalités en utilisant des éléments abondants, mais c'est la première fois que je me concentre sur le mouvement ionique - c'est complètement nouveau, " il dit.

Les résultats pourraient conduire au développement d'un détecteur de rayons T, car aucun détecteur conventionnel de ce type n'a encore été conçu.

Hosono ajoute :« En ce moment, notre matériau est bon pour détecter les forts rayonnements térahertz. Le défi sera de savoir comment ajuster la sensibilité."

Son groupe a également signalé que les anions d'oxygène peuvent être remplacés par des anions d'or ou d'hydrogène à l'intérieur des cages. En utilisant ces différents anions, il sera peut-être possible de développer à l'avenir des détecteurs émettant une lumière de différentes couleurs.