Российские ученые разработали уникальную установку, которая позволяет создавать электромагнитные поля в терагерцовом диапазоне с максимально возможной на сегодняшний день мощностью. С помощью этой установки ученые впервые разрушили тонкую пластину металла электрическим полем терагерцового импульса длительностью меньше одной пикосекунды (одной триллионной доли секунды). Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Сотрудники Объединенного института высоких температур РАН первыми в мире провели эксперимент, в котором наблюдали разрушение тонкой пленки металла под воздействием сильного терагерцового излучения (это электромагнитное излучение с длиной волны порядка долей миллиметра). В работе использовался уникальный терагерцовый "лазер", позволяющий создать электромагнитное поле с напряженностью до 100 миллионов вольт на сантиметр длины (например, такое напряжение доставляет к земле канал молнии). Больше этой величины для источника терагерцового излучения сегодня не позволяет достичь ни одна установка в мире.

"Наша работа и другие исследования, совместные с зарубежными учеными, проводятся у нас, в России, с помощью фемтосекундной лазерной системы тераваттного уровня мощности инфракрасного излучения, изготовленной из отечественных комплектующих изделий и не имеющей аналогов в мире. Оказалось, что с помощью этой системы можно изготовить источник терагерцового излучения с уникальными свойствами", - рассказал один из авторов исследования, Михаил Агранат, заведующий отделом лазерной плазмы Объединенного института высоких температур РАН.

Терагерцовое излучение занимает по частоте промежуточное положение между инфракрасным излучением и сверхвысокочастотным. Такие лучи свободно проходят через бумагу, дерево, пластик и другие материалы, а непрозрачными для них являются вода и металл. При этом, в отличие от, например, рентгеновских лучей, терагерцовые волны менее безопасны для человеческого организма. Благодаря этим свойствам терагерцовое излучение стало предметом особого интереса ученых в последнее время.

"Огромное количество зарубежных исследований проводится сейчас в этом направлении, особенно последние несколько лет. Но во всех этих исследованиях используются источники излучения с напряженностью поля, которое не позволяет проводить так называемое силовое воздействие на вещество", - пояснил ученый.

Авторы работы исследовали силовое воздействие терагерцового излучения на примере разрушения металла. Электромагнитные волны терагерцового диапазона очень быстро затухают в металле, поэтому разрушить его таким способом очень сложно. В эксперименте исследователи использовали тонкую металлическую пленку из алюминия. Ученые направляли на пластину единичные терагерцовые импульсы, постепенно увеличивая их мощность. При достижении некоторого порогового значения импульс высокой мощности проделал в металле сквозное отверстие. Такой результат наблюдался в мировой практике впервые.

Определив пороговое значение мощности импульса, при котором возникало отверстие в металле, исследователи попробовали уменьшить мощность и обнаружили дополнительный интересный результат. Многократное облучение импульсами с мощностью меньше порогового значения не пробивало металл насквозь, однако, оставляло повреждения, характер и природу которых ученым еще предстоит изучить.

"Мы обнаружили очень удивительный эффект. При большом количестве импульсов с мощностью ниже пороговой появляется разрушение странного, необычного типа. Объяснить его пока не удается, но, по крайней мере, механизм инициирования его мы предположили. Это электрострикция, то есть увеличение объема материала под действием электрического поля", - добавил ученый.

Результаты авторов открывают путь для новых экспериментальных и теоретических исследований силового воздействия терагерцового излучения. В дальнейшей работе ученые надеются описать и изучить фазовые переходы, эффект изменения диэлектрической проницаемости и другие процессы, которые происходят в металлах под действием такого излучения. С практической точки зрения технология силового воздействия может найти свое применение в фотонике, биологии, медицине, материаловедении. Практическое применение такого излучения, в первую очередь, связано с обработкой материалов.

Похожие новости

  • 03/05/2018

    Российские ученые создали фильтр, улавливающий самые малые наночастицы

    ​Российские химики создали мембрану из молекул обычной целлюлозы, которая пропускает через себя даже самые крупные молекулы жидкостей, но при этом удерживает мельчайшие наночастицы, говорится в статье, опубликованной в журнале Cellulose.
    335
  • 03/05/2018

    Российские ученые научились добывать трудноизвлекаемую нефть

    Более 40% запасов нефти в России относятся к трудноизвлекаемым. Ученые из МИФИ предложили новый способ увеличения добычи для таких месторождений - экономичный и не наносящий вреда экологии. Нагрев под действием высокочастотного электрического тока приводит к растворению накопившихся в трубе скважины твердых отложений.
    382
  • 04/10/2018

    Физики впервые получили спиновый ток при помощи лазера

    Исследователи из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН в сотрудничестве с зарубежными коллегами впервые показали, что с помощью сверхкоротких лазерных импульсов можно генерировать гигагерцовый спиновый ток.
    392
  • 18/06/2018

    Сибирские ученые превратили сельхозотходы в уникальную наноцеллюлозу

    Сотрудники Института проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской академии наук (ИПХЭТ СО РАН) разработали новый дешевый способ получить важный для промышленности материал – бактериальную наноцеллюлозу.
    507
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    177
  • 14/12/2018

    Грантополучатели РНФ в программе России-24 «Наука»

    Несколько дней назад вручили Нобелевскую премию за исследования в области лазерной физики. В России тоже успешно работают в этой области. Так, Лаборатория лазерного воздействия Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН Михаила Аграната разработала и совершенствует фемтосекундный лазерный скальпель – оптический пинцет, который работает в бесконтактном режиме и помогает с генетической диагностикой эмбриона, если ему от родителей передались какие-то аномалии.
    151
  • 20/11/2018

    Ученые установили, что набеги насекомых остаются в памяти деревьев

    Оригинальный способ предсказания будущих атак вредителей растений разработан учеными Института проблем экологии и эволюции РАН Булатом Хасановым и Робертом Сандлерским. Они предложили оценивать число вредителей по структуре древесины.
    118
  • 16/05/2018

    Российские биохимики нашли новые ферменты с необычной активностью

    ​Российские ученые охарактеризовали новые ферменты-трансаминазы, которые могут работать как в типичных для своего семейства реакциях, так и в нехарактерных для него. Результаты работы будут полезны в фундаментальном аспекте для поиска и предсказания свойств ферментов по их аминокислотной последовательности и для использования в биотехнологических процессах.
    410
  • 28/03/2018

    Российские химики раскрыли механизм важнейшей для промышленности реакции

    ​Механизм важнейшей окислительной реакции Байера-Виллигера, известной больше ста лет, раскрыт международной группой ученых. Реакция является универсальным путем получения эфиров органических кислот - базовых соединений для химической промышленности.
    414
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    313