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.
    175
  • 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.
    184
  • 11/05/2018

    Российские ученые улучшат препараты для генной терапии

    ​Российские молекулярные биологи разработали новую технологию ввода в клетки генной терапии, изучив, как миниатюрные жировые капсулы взаимодействуют с нитями ДНК. Рецепт по сборке наношприца опубликован в журнале Colloids and Surfaces B: Biointerfaces.
    191
  • 27/03/2018

    Российские ученые нашли причину неэффективности вакцины от гриппа

    Исследователи из Института биоорганической химии (ИБХ) РАН показали, что различные варианты вакцины против вирусов сезонного гриппа фактически не увеличивают число разных типов Т-клеточных рецепторов (ТКР), а значит и не повышают шанс распознавания вирусов гриппа иммунной системой организма.
    329
  • 28/05/2018

    Нейросеть помогла российским ученым определить оптимальные условия хранения микроорганизмов

    ​Российские ученые с помощью нейросети определили самые оптимальные условия для длительного хранения микроорганизмов, выживающих при экстремально высокой солености. Статья об этом опубликована в журнале Extremophiles.
    119
  • 08/05/2018

    Ученые превратили наноалмаз в управляемый источник света

    ​Эксперименты показали, что алмазная оболочка вдвое усиливает скорость излучения источников и позволяет управлять ими без дополнительных нано- и микроструктур. Этого удалось добиться с помощью искусственно созданных дефектов в алмазной кристаллической решетке.
    183
  • 30/05/2018

    Подсказки нефтяникам даст суперкомпьютер

    Математику не зря называют царицей наук. Она играет решающую роль в исследованиях, относящихся к самым разным областям. Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша был образован вначале 1950-х для решения важнейших научно-технических и оборонных задач, стоящих перед страной: для расчетов по атомному проекту и баллистики космических аппаратов.
    115
  • 19/01/2018

    В России создаются двигатели для гиперзвуковых ракет будущего

    ​Прошли успешные испытания так называемых детонационных ракетных двигателей, давшие очень интересные результаты. Опытно-конструкторские работы в этом направлении будут продолжены. Детонация - это взрыв.
    594
  • 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.
    150
  • 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.
    228