一項(xiàng)物理學(xué)發(fā)現(xiàn)使太赫茲探測(cè)器成為可能
科學(xué)家們?cè)诙S導(dǎo)電系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了一種新的效應(yīng)，有望改善太赫茲探測(cè)器的性能。最近在二維導(dǎo)電系統(tǒng)中的一項(xiàng)物理學(xué)發(fā)現(xiàn)使一種新型的太赫茲探測(cè)器成為可能。太赫茲頻率位于電磁輻射頻譜的微波和紅外之間，可以實(shí)現(xiàn)更快、更安全、更有效的成像技術(shù)，以及更高速的無(wú)線通信。由于缺乏有效的實(shí)際設(shè)備阻礙了這些發(fā)展，但這一新的突破使我們離這些先進(jìn)技術(shù)更近了一步。 =/46;844T
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卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)與奧格斯堡大學(xué)（德國(guó)）和蘭卡斯特大學(xué)的同事一起發(fā)現(xiàn)了二維電子系統(tǒng)暴露于太赫茲波時(shí)的一種新的物理效應(yīng)。 wx o
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"迄今為止，這種效應(yīng)可以在低得多的頻率下存在于高導(dǎo)電性的二維電子氣體中，這一事實(shí)尚未被理解，但我們已經(jīng)能夠通過實(shí)驗(yàn)證明這一點(diǎn)。"- Wladislaw Michailow $\h-F8|JMX
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首先，什么是太赫茲波？"我們使用發(fā)射微波輻射的移動(dòng)電話進(jìn)行通信，并使用紅外相機(jī)進(jìn)行夜視。太赫茲是介于微波和紅外輻射之間的電磁輻射類型，"劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室半導(dǎo)體物理組組長(zhǎng)大衛(wèi)-里奇教授解釋說，"但目前，缺乏這種類型的輻射源和探測(cè)器，它們將是廉價(jià)、高效和易于使用的。這阻礙了太赫茲技術(shù)的廣泛使用"。 QcQ%A%VIV
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半導(dǎo)體物理組的研究人員與意大利比薩和都靈的研究人員一起，在2002年首次展示了太赫茲頻率的激光器，即量子級(jí)聯(lián)激光器的運(yùn)行。從那時(shí)起，該小組繼續(xù)研究太赫茲物理和技術(shù)，目前正在研究和開發(fā)功能性太赫茲設(shè)備，其中包括超材料形成的調(diào)制器，以及新型的檢測(cè)器。 X j/z),
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Wladislaw Michailow展示在潔凈室中的裝置和制造后的太赫茲探測(cè)器。 I*
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如果解決了缺乏可用設(shè)備的問題，太赫茲輻射可以在安全、材料科學(xué)、通信和醫(yī)學(xué)方面有許多有用的應(yīng)用。例如，太赫茲波允許對(duì)肉眼無(wú)法看到的癌癥組織進(jìn)行成像。它們可以被用于新一代安全和快速的機(jī)場(chǎng)掃描儀，使之有可能將藥品與非法藥物和爆炸物區(qū)分開來(lái)，而且它們可以被用來(lái)實(shí)現(xiàn)超越最先進(jìn)水平的更快無(wú)線通信。 |{YN3"qN
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那么，最近的發(fā)現(xiàn)是關(guān)于什么的呢？"我們正在開發(fā)一種新型的太赫茲探測(cè)器，"劍橋大學(xué)三一學(xué)院初級(jí)研究員Wladislaw Michailow博士說，"但在測(cè)量其性能時(shí)，發(fā)現(xiàn)它顯示的信號(hào)比理論上應(yīng)該的要強(qiáng)得多。所以我們想出了一個(gè)新的解釋"。 <Pt?N2]A|
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科學(xué)家們說，這種解釋在于光與物質(zhì)的互動(dòng)方式。在高頻率下，物質(zhì)以單粒子--光子的形式吸收光。這種解釋最早由愛因斯坦提出，構(gòu)成了量子力學(xué)的基礎(chǔ)，并能夠解釋光電效應(yīng)。這種量子化的光激發(fā)是我們智能手機(jī)中的攝像頭檢測(cè)光線的方式；它也是太陽(yáng)能電池中從光線中產(chǎn)生電力的原因。 '1ySBl1>
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眾所周知的光電效應(yīng)包括入射光子從導(dǎo)電材料--金屬或半導(dǎo)體，而后釋放電子。在三維案例中，電子可以被紫外線或X射線范圍內(nèi)的光子驅(qū)逐到真空中，或者在中紅外到可見光范圍內(nèi)被釋放到電介質(zhì)中。新穎之處在于發(fā)現(xiàn)了太赫茲范圍內(nèi)的量子光激發(fā)過程，類似于光電效應(yīng)。"該研究的第一作者Wladislaw解釋說："迄今為止，這種效應(yīng)可以在高度導(dǎo)電的二維電子氣體中以更低的頻率存在，這一事實(shí)尚未被理解，"但我們已經(jīng)能夠通過實(shí)驗(yàn)證明這一點(diǎn)。該效應(yīng)的定量理論是由德國(guó)奧格斯堡大學(xué)的一位同事提出的，這個(gè)國(guó)際研究小組最近在著名的《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。 %/ y=_G
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研究人員將這種現(xiàn)象相應(yīng)地稱為 "面內(nèi)光電效應(yīng)"。在相應(yīng)的論文中，科學(xué)家們描述了利用這種效應(yīng)進(jìn)行太赫茲?rùn)z測(cè)的幾個(gè)好處。特別是，由入射太赫茲輻射產(chǎn)生的 "面內(nèi)光電效應(yīng) "的光反應(yīng)量級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于迄今為止已知的引起太赫茲光反應(yīng)的其他機(jī)制的預(yù)期。因此，科學(xué)家們預(yù)計(jì)，這種效應(yīng)將使太赫茲探測(cè)器的制造具有大幅提高的靈敏度。這使我們離使太赫茲技術(shù)在現(xiàn)實(shí)世界中可用又近了一步。
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