A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) kutatói új típusú terahertzes (THz) fényforrást fejlesztettek ki nitrogénnel adalékolt gyémánt használatával. Ez a kutatás jelentős előrelépést hozhat az orvosi diagnosztika, a biztonsági szűrések, a nagysebességű vezeték nélküli kommunikációs rendszerek, és a kvantumszámítógépek fejlesztése terén.
A terahertzes sugárzás az elektromágneses spektrum infravörös és mikrohullámú tartománya között helyezkedik el, és fontos, mert képes anyagokat molekuláris és atomi szinten vizsgálni és manipulálni. Ezen sugárzás előnye, hogy képes áthatolni bizonyos anyagokon, például műanyagokon, textíliákon vagy biológiai szöveteken anélkül, hogy sérülést okozna. Emiatt nélkülözhetetlen eszköz lehet a képalkotásban, spektroszkópiában, nemzetbiztonságban, és anyagvizsgálatokban.
A THz sugárzás generálása és irányítása azonban technikai kihívásokat rejt magában a „THz-rés” miatt, ami az elektromágneses spektrum azon tartománya, ahol a hagyományos technikák egyre kevésbé hatékonyak. Ennek a tartománynak a kitöltése gyakran bonyolult és költséges eszközöket igényel, például nagy teljesítményű lézereket és speciális nemlineáris anyagokat. Így a hatékony THz fényforrások ritkák és nehezen fejleszthetők.
A BME, a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont, az amerikai University of Notre Dame és a svájci École Polytechnique Fédérale de Lausanne kutatói által végzett tanulmány új anyagokat vizsgált a THz sugárzás hatékony generálására. Kiderült, hogy nitrogénnel adalékolt gyémántban, nagy mágneses tér és külső optikai besugárzás hatására létrejöhet olyan energiaszerkezet, amely a lézerekhez hasonló populációinverziót mutat. Ez az energiaszerkezet lehetővé teszi a koherens terahertzes sugárzás kibocsátását, ami hasonlóan működik, mint a lézerek által kibocsátott fény.
A gyémánt anyagának stabilitása és a környezeti hatásokkal szembeni ellenálló képessége miatt az elmúlt évtizedekben egyre inkább használták kvantuminformáció tároló és továbbító elemként. A kutatók remélik, hogy a mostani eredmények új terahertzes fényforrások létrehozása mellett a jövőbeni kvantumoptikai hálózatok építőköveként is szolgálhatnak. Mivel a fejlesztés során iparban használatos szintetikus gyémántot alkalmaztak, a technológia gyakorlati felhasználása várhatóan nem lesz költséges.
A kutatást vezető Simon Ferenc, a BME Természettudományi Karának Fizika Tanszékének egyetemi tanára elmondta, hogy bár az elvégzett kutatás alapkutatás volt, még további kísérletekre lesz szükség a technológia gyakorlati alkalmazásának megvalósításához. Azonban biztos abban, hogy a terahertzes hullámok generálása és manipulálása új lehetőségeket nyit meg az orvosi diagnosztika és a biztonsági szűrések területén.
A kutatás eredményeit a Science Advances folyóiratban publikálták, és az eredményeket nemzetközi együttműködés keretében érték el, azonban minden szerzője magyar kutató volt. Az első szerző, Kollarics Sándor, a BME TTK Fizikai Tudományok Doktori Iskolájában nemrég szerezte meg PhD fokozatát.
(forrás)
