Uma equipe de pesquisa da ITMO University e da University of Rochester (EUA) conduziu um estudo sobre a formação de radiação terahertz em líquidos. Anteriormente, a geração dessa radiação em meio líquido foi considerada impossível devido à alta absorção. Contudo, em sua nova pesquisa, os cientistas descreveram a natureza física desse fenômeno e demonstraram que as fontes de radiação líquida podem ser igualmente eficazes às tradicionais. Os resultados foram publicados em Cartas de Física Aplicada .

A radiação eletromagnética Terahertz pode passar facilmente pela maioria dos materiais, exceto metais e água. Hoje, é amplamente utilizado em sistemas de segurança usados ​​para detectar drogas ilícitas e armas, bem como para pesquisas biomédicas. A maioria das pesquisas modernas envolvendo radiação terahertz se concentra em encontrar novos, mais estável, fontes poderosas e eficientes.

As fontes mais comuns de radiação terahertz são materiais sólidos. Além disso, existem fontes baseadas na filamentação do laser de femtosegundo no ar e nos gases. Nesse caso, um poderoso feixe de laser cria um plasma no meio gasoso, ionizando-o de forma que elétrons livres gerem radiação terahertz eletromagnética. Embora fazer o mesmo em um meio líquido fosse até agora considerado impossível devido à alta absorção, uma equipe de pesquisa internacional da ITMO University e da University of Rochester mostrou o contrário. Seu novo estudo revelou que o líquido, na verdade, tem uma série de vantagens sobre outras fontes, como gases.

"Até nosso colega, Prof. Xi-Cheng Zhang, foi capaz de detectar radiação terahertz em um líquido, acreditava-se que era impossível. Mas nós demonstramos que, em termos de eficiência, fontes líquidas podem se aproximar de fontes de estado sólido, que agora são considerados o padrão. Além disso, os líquidos são muito mais fáceis de obter do que os cristais. Eles também podem suportar alto bombeamento de energia, o que torna possível obter um melhor resultado, "explica Anton Tsypkin, Chefe do Laboratório de Óptica de Femtosegundo e Femtotecnologia da Universidade ITMO.

Usualmente, radiação é gerada devido à liberação de elétrons livres excitados durante a filamentação. Quanto mais elétrons podem ser excitados ou ionizados, mais forte será a radiação terahertz de saída. O número de elétrons excitados de uma molécula depende da energia gasta na excitação ou "bombeamento" do meio. A diferença entre as energias de "bombeamento" exigidas no gás e no líquido é pequena. Ao mesmo tempo, a densidade das moléculas em um líquido é muito maior do que em um gás, de modo que uma energia de bomba comparável torna possível excitar mais elétrons e tornar a radiação mais forte.

Os cientistas investigaram a direção da radiação terahertz no líquido. Os experimentos foram realizados em paralelo em duas universidades para eliminar erros. Então, os cientistas verificaram os resultados obtidos independentemente e trabalharam juntos em um modelo teórico para explicá-los. Como resultado, eles conseguiram traçar e substanciar fisicamente os padrões de radiação da radiação terahertz em um líquido e sua dependência do ângulo em que o líquido colide com a radiação da bomba. De acordo com os pesquisadores, esses resultados serão usados ​​em trabalhos futuros.

"Uma desvantagem significativa do fluido é sua grande absorção. Planejamos resolver esse problema otimizando o tipo de fluido, a forma do jato, a potência da bomba e uma série de outros parâmetros. Queremos encontrar experimentalmente os parâmetros ideais para a geração de radiação em diferentes líquidos, bem como desenvolver um modelo teórico baseado nesses dados. Ele pode ser usado para criar um dispositivo protótipo que nos permitirá produzir diferentes tipos de radiação terahertz de líquidos, "diz Xi-Cheng Zhang, co-diretor do Instituto Internacional de Fotônica e Informática Óptica da ITMO University, e pesquisador da University of Rochester.