Самый маленький в мире терагерцовый сканер позволит заглянуть внутрь отдельных молекул
В скором времени отдельные молекулы различных химических соединений смогут быть просканированы в терагерцовом диапазоне способом, подобным способу работы систем безопасности в аэропортах и других общественных местах. Это станет возможным благодаря новому генератору-датчику, разработанному учеными-физиками из Питсбургского университета (University of Pittsburgh), размеры и разрешающая способность которого подходят для сканирования в диапазоне терагерцового электромагнитного излучения столь малых объектов как отдельно взятые молекулы и наночастицы.
Терагерцовое излучение - это электромагнитное излучение диапазона от 0.1 до 30 терагерц, занимающее в спектре место между длинноволновым инфракрасным светом и микроволновым излучением. Сканеры на основе терагерцовых волн уже какое-то время используются в аэропортах и системах безопасности, придя на замену рентгеновским "просвечивающим" устройствам, использование которых небезопасно для окружающих людей.
Помимо этого терагерцовое излучение, пройдя сквозь исследуемый объект, несет в себе достаточно богатую информацию, которую можно использовать для исследований материалов, для проведения биологических, медицинских исследований и исследований, в которых требуется точная идентификация различных химических соединений. Однако, до последнего времени ученым не очень хорошо удавалось забраться с терагерцовыми сканерами на наноуровень, на уровень отдельных молекул.
Структура терагерцового сканера
Новый миниатюрный терагерцовый сканер был разработан группой ученых из Отдела физики и астрономии Школы наук и искусств имени Кеннета П. Дитриха при Питсбургском университете, возглавляемой профессором Джереми Леви (Jeremy Levy). Конструкция нового широкополосного датчика и излучателя терагерцовых волн достаточно проста, она сотстоит из трех нанопроводников, размерами около 10 нанометров, изготовленных из метало-оксидных соединений LaAlO3 и SrTiO3. Эти нанопроводники расположены в определенных положениях относительно друг друга, благодаря чему они представляют собой устройство, генерирующее и детектирующее электромагнитные волны терагерцового диапазона.
Источником энергии для создания терагерцового излучения является электрический потенциал, приложенный к одному из нанопроводников. А инициирует генерацию импульса широкополосного излучения и детектирование электрической составляющей терагерцового диапазона чрезвычайно короткий импульс лазерного света с определенными параметрами, который длится всего 30 фемтосекунд (фемтосекунда равна 10^-15 секунды).
"Мы полагаем, что возможность исследований и сканирования единственных наноструктур и молекул с помощью нашего датчика станет началом нового метода научных исследований, метода "терагерцовой микро спектроскопии"" - рассказывает профессор Джереми Леви, - "Создавая наш терагерцовый микросканер, нам удалось получить беспрецедентную разрешающую способность, которая сделает его незаменимым инструментом при проведении множества фундаментальных исследований".
Для демонстрации возможностей разработанного терагерцового минисканера ученые в самом ближайшем времени собираются провести спектроскопические исследования в терагерцовом диапазоне молекул различных химических соединений и различных наночастиц, включая и фуллерен
