Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Rəssamın laylı superkeçiricidən yayılan supermaye dalğasının təsviri. Müəllif: Sampson Wilcox və Emily Theobald

Materiala düşən işığın növünə əsasən, onun haqqında çox şey deyə bilərsiniz: Optik işıq materialın səthini işıqlandırır, rentgen şüaları isə materialın daxili strukturlarını aşkar edir və infraqırmızı şüalar materialın şüalanan istiliyini tutur. İndi isə MIT fizikləri terahers işığından istifadə edərək indiyə qədər müşahidə edilə bilməyən ifrat keçirici materialdakı daxili kvant titrəmələrini aşkar ediblər.

Terahers işığı, elektromaqnit spektrində mikrodalğalar və infraqırmızı şüalanma arasında yerləşən bir enerji formasıdır. Saniyədə trilyon dəfədən çox titrəyir – atomların və elektronların materialların içərisində təbii olaraq necə titrədiyinə uyğun gələn temp. İdeal olaraq, bu, terahers işığını bu hərəkətləri araşdırmaq üçün mükəmməl bir vasitəyə çevirir.

Lakin tezlik düzgün olsa da, dalğa uzunluğu — dalğanın fəzada təkrarlandığı məsafə — düzgün deyil. Terahers dalğalarının dalğa uzunluqları yüzlərlə mikron uzunluğundadır. Hər hansı bir işığın fokuslana biləcəyi ən kiçik nöqtə dalğa uzunluğu ilə məhdudlaşdığı üçün terahers şüaları sıx şəkildə məhdudlaşdırıla bilməz.

Nəticədə, fokuslanmış terahers şüası mikroskopik nümunələrlə effektiv şəkildə qarşılıqlı təsir göstərmək üçün fiziki olaraq çox böyükdür və sadəcə bu kiçik strukturları incə detalları aşkar etmədən yuyur.

“Nature” jurnalında dərc olunan məqalədə alimlər terahers işığını mikroskopik ölçülərə qədər sıxışdıran yeni bir terahers mikroskopu hazırladıqlarını bildirirlər . Terahers işığının bu nöqtəsi əvvəllər əlçatmaz olan materiallarda kvant detallarını həll edə bilər.

Komanda yeni mikroskopdan istifadə edərək, nisbətən yüksək temperaturda ifrat keçiriciliyə malik olan vismut stronsium kalsium mis oksidi və ya BSCCO (“BIS-co” kimi tələffüz olunur) nümunəsinə terahers işığı göndərdi. Terahers diaqramı ilə komanda BSCCO materialının içərisində terahers tezliklərində birlikdə irəli-geri hərəkət edən ifrat keçirici elektronların sürtünmədən ibarət “ifrat maye”sini müşahidə etdi.

MIT-in Donner Fizika Professoru Nuh Gedik deyir: “Bu yeni mikroskop indi bizə əvvəllər heç kimin görmədiyi yeni bir superkeçirici elektron rejimini görməyə imkan verir”.

Alimlər BSCCO və digər superkeçiriciləri araşdırmaq üçün terahers işığından istifadə etməklə, uzun müddətdir arzulanan otaq temperaturlu superkeçiricilərə səbəb ola biləcək xüsusiyyətləri daha yaxşı başa düşə bilərlər.

Yeni mikroskop həmçinin terahers şüalanması yayan və qəbul edən materialları müəyyən etməyə kömək edə bilər. Bu cür materiallar gələcəkdə simsiz, terahers əsaslı rabitənin təməlini təşkil edə bilər ki, bu da potensial olaraq bugünkü mikrodalğalı əsaslı rabitə ilə müqayisədə daha sürətli sürətlə daha çox məlumat ötürə bilər.

MIT-in Material Tədqiqatları Laboratoriyasının doktorantı və tədqiqatın aparıcı müəllifi Aleksandr fon Hoegen deyir ki, “Wi-Fi və ya telekommunikasiyanın növbəti səviyyəyə, terahers tezliklərinə qaldırılması üçün böyük bir təkan var”.

“Əgər terahers mikroskopunuz varsa, terahers işığının gələcəkdə anten və ya qəbuledici kimi xidmət edə biləcək mikroskopik cəhətdən kiçik cihazlarla necə qarşılıqlı təsir etdiyini öyrənə bilərsiniz.”

Gedik və fon Hoegen ilə yanaşı, tədqiqatın MIT həmmüəllifləri arasında Tommy Tai, Clifford Allington, Matthew Yeung, Jacob Pettine, Alexander Kossak, Byunghun Lee və Geoffrey Beach, eləcə də Harvard Universiteti, Maddənin Strukturu və Dinamikası üzrə Maks Plank İnstitutu, Kompleks Sistemlər Fizikası üzrə Maks Plank İnstitutu və Brookhaven Milli Laboratoriyasındakı əməkdaşlar var.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Limitə çatmaq

Terahers işığı perspektivli, lakin əsasən istifadə olunmamış görüntüləmə vasitəsidir. O, unikal spektral “şirin nöqtə” tutur: Mikrodalğalı sobalar, radio dalğaları və görünən işıq kimi, terahers şüalanması da ionlaşmayandır və buna görə də zərərli radiasiya təsirlərinə səbəb olacaq qədər enerji daşımır və bu da onu insanlarda və bioloji toxumalarda istifadə üçün təhlükəsiz edir.

Eyni zamanda, rentgen şüaları kimi, terahers dalğaları parça, ağac, karton, plastik, keramika və hətta nazik kərpic divarlar da daxil olmaqla geniş çeşiddə materiallara nüfuz edə bilər.

Bu fərqli xüsusiyyətlərə görə, terahers işığı təhlükəsizlik müayinəsi, tibbi görüntüləmə və simsiz rabitə sahələrində tətbiqlər üçün fəal şəkildə araşdırılır.

Bunun əksinə olaraq, terahers şüalanmasının mikroskopiyaya və mikroskopik hadisələrin işıqlandırılmasına tətbiqinə daha az səy göstərilmişdir. Əsas səbəb, bütün işığın formaları üçün ortaq olan fundamental məhdudiyyətdir: fəza qətnaməsini istifadə olunan şüalanmanın təxminən dalğa uzunluğu ilə məhdudlaşdıran difraksiya həddi .

Yüzlərlə mikron dalğa uzunluğuna malik terahers şüalanması atomlardan, molekullardan və bir çox digər mikroskopik strukturlardan daha böyükdür. Nəticədə, onun mikromiqyaslı xüsusiyyətləri birbaşa müəyyən etmək qabiliyyəti kökündən məhduddur.

“Əsas motivasiyamız budur: 10 mikronluq nümunəniz ola bilər, amma terahers işığınızın dalğa uzunluğu 100 mikrondur, buna görə də əsasən hava və ya nümunənizin ətrafındakı vakuum ölçərdiniz”, fon Hoegen izah edir. “Terahers rejimində xarakterik barmaq izlərinə malik bütün bu kvant fazalarını əldən verərdiniz.”

Yaxınlaşdırma

Komanda, terahers işığının kəskin impulsları yaradan son texnologiya olan spintronik emitentlərdən istifadə edərək terahers difraksiya limitini aşmağın yolunu tapdı . Spintronik emitentlər çoxsaylı ultra nazik metal təbəqələrdən hazırlanır. Lazer çoxqatlı strukturu işıqlandırdıqda, işıq hər təbəqədəki elektronlarda effektlər kaskadını tetikler və nəticədə struktur terahers tezliklərində enerji impulsu yayır.

Komanda, nümunəni emitterə yaxın tutaraq, terahers işığını yayılma şansı əldə etməzdən əvvəl tutdu və onu dalğa uzunluğundan daha kiçik bir məkana sıxdı. Bu rejimdə işıq əvvəllər görmək üçün çox kiçik olan xüsusiyyətləri ayırd etmək üçün difraksiya limitini keçə bilər.

MIT komandası bu texnologiyanı mikroskopik, kvant miqyaslı hadisələri müşahidə etmək üçün uyğunlaşdırdı. Komanda yeni tədqiqatları üçün Bragg güzgüsü ilə birləşdirilmiş spintronik emitterlərdən istifadə edərək terahers mikroskopu hazırladı . Əks etdirici filmlərin bu çoxqatlı quruluşu ardıcıl olaraq müəyyən, istənməyən işığı süzür, digərlərini isə keçirərək nümunəni terahers emissiyasını tetikləyən “zərərli” lazerdən qoruyur.

Nümayiş olaraq, komanda yeni mikroskopdan kiçik, atom baxımından nazik BSCCO nümunəsini görüntüləmək üçün istifadə etdi. Onlar nümunəni terahers mənbəyinə çox yaxın yerləşdirdilər və onu mütləq sıfıra yaxın temperaturda – materialın superkeçiriciyə çevrilməsi üçün kifayət qədər soyuq temperaturda görüntülədilər.

Təsvir yaratmaq üçün onlar lazer şüasını skan edərək nümunədən terahers işığı göndərdilər və ifrat keçirici elektronların qoyduğu spesifik imzaları axtardılar.

“Terahers sahəsinin kəskin şəkildə təhrif olunduğunu və əsas impulsdan sonra kiçik rəqslərin baş verdiyini görürük”, fon Hoegen deyir. “Bu, bizə nümunədəki bir şeyin ilkin terahers impulsumuz tərəfindən vurulduqdan sonra terahers işığı yaydığını göstərir.”

Əlavə təhlillərlə komanda terahers mikroskopunun materialdakı ifrat keçirici elektronların təbii, kollektiv terahers rəqslərini müşahidə etdiyi qənaətinə gəldi.

“Biz bu superkeçirici gelin bir növ yelləndiyini görürük”, fon Hoegen deyir.

Bu yellənən supermaye gözlənilirdi, lakin indiyə qədər birbaşa görüntülənməyib. Komanda hazırda mikroskopu digər ikiölçülü materiallara tətbiq edir və burada daha çox terahers fenomenini çəkməyə ümid edirlər.

fon Hoegen deyir ki, “Qorunma titrəmələri və maqnit prosesləri kimi bir çox fundamental həyəcanlanmalar və terahers tezliklərində baş verən bütün bu kollektiv rejimlər mövcuddur. Artıq terahers mikroskopumuzla bu maraqlı fizikanı rezonanslı şəkildə yaxınlaşdıra bilərik.”

Nəşr detalları

Nuh Gedik, İkiölçülü superkeçiricidə terahers supermaye plazmonunun görüntülənməsi, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-10082-2 . www.nature.com/articles/s41586-025-10082-2

Jurnal məlumatı: Təbiət 

Əsas anlayışlar

Kvazipartiküllər və kollektiv həyəcanlarSuperkeçiricilikSuperkeçiricilərTerahertz texnikaları

Massaçusets Texnologiya İnstitutu tərəfindən təmin edilir