Техника - молодёжи 2009-07, страница 8

Сделано в России

2003 №07 ТМ

Жюри недавно прошедшего Российского молодежного инновационного конкурса лучшим изобретением признало работу 24-летнего аспиранта из Института физики твёрдого тела РАН Вячеслава Муравьёва. Название проекта звучит довольно мудрено: «Создание миниатюрного полупроводникового детектора терагерцевого излучения». За что же получил миллион рублей молодой учёный?

Волны терагерцевого диапазона занимают полосу электромагнитного спектра между светом и радиочастотами. Частота их колебаний — порядка триллиона в секунду. Как показывают исследования, волны эти удивительным образом сочетают в себе полезные качества «соседей по спектру». Подобно радиоволнам, они легко проникают сквозь многие твёрдые материалы. И при этом их можно сфокусировать, как свст, чтобы получить чёткое изображение, например внутренних органов, -заметьте, без вреда для здоровья, так как терагерцевое излучение, в отличие от рентгена, не обладает ионизующими свойствами, и, следовательно, не причиняет вреда клеткам и тканям человека.

цировать сложные органические молекулы, выявлять их различные модификации, отличающиеся друг от друга по форме. Сканируя лучом образец материала, можно легко восстановить полную «молекулярную карту» его поверхности. На «другой стороне масштабной шкалы мира» терагерцевые приборы позволят открыть множество новых галактик, которые излучают преимущественно в этом диапазоне.

Но почему же исследователи до сих пор не освоили терагериевый участок спектра электромагнитных колебаний? Ведь уже созданы лазеры, которые генерируют длинноволновое излучение с частотой около ЮОтерагерц. Есть и устройства, работающие в микроволно-

Автор изобретения Вячеслав Муравьёв.

На переднем плане: установка фотолитографии для изготовления кристаллов; слева на заднем плане: установка для нанесения фоторезиста - спиннер.

тронов, которые скачут по цепи туда-сюда, совершая до 100 миллиардов колебаний в секунду. Однако, чтобы излучать электромагнитные волны в тера-герцевом диапазоне, электроны должны колебаться ещё гораздо быстрее. И заставить их сделать это вовсе не просто. Колебания либо попросту затухают, либо излучение получается «размазанным» во все стороны.

Аналогичные проблемы возникают и при попытке построить терагерцевый лазер. В квантовых генераторах, как известно, электроны сначала в процессе «накачки» поглощают энергию, перескакивая с одного энергетического уровня на другой, а затем, спустя какое-то время, возвращаются на исходные позиции, сбрасывая излишек энергии в виде светового или иного излучения.

Однако, чтобы изготовить терагерцевый лазер, необходим материал, энергетические уровни которого расположены очень близко друг к другу — примерно в 100 раз ближе, чем в нынешних квантовых генераторах. И отыскать такой материал оказалось весьма непросто. Не случайно специалисты называют эту малоизученную область спектра «терагерцевой дырой».

Нельзя сказать, что построение лазерного терагерцевого излучателя невозможно в принципе; но для этого прибор нужно подвергать криогенному охлаждению. Дело в том, что при комнатной температуре тепловая энергия частиц почти на порядок превосходит энергию кванта терагерцевого излучения. В таких условиях нельзя создать инверсную заселённость энергетических уровней атомов рабочей среды -

Терагериевый диапазон

Расположение терагерцевого диапазона в частотном спектре Электромагнитных волн

ю" Ю" Ю" ю■ 10' ш^т ю-* io^s ю' ш' ю¹ ю¹ 10¹ ю¹

I Длина волны, м

з ю™з ю" з ю" i з-Ю'! 3jio'* з-ю"

Рентгеново^ ^ ; |

излучение Гамма- излучение

-«Он

ФСГЗ * О К;

-780 ни

Видимый <вут : * —

Оптический диапазон

3-10" 310'

Радиоволны

¹ Частота, Гц

Столь же легко и безопасно терагерцевые волны проникают сквозь одежду и стены, поэтому с их помощью можно на расстоянии разглядеть спрятанное оружие и взрывчатку при проверке пассажиров в аэропорту, читать письма, не вскрывая конвертов, наблюдать за людьми в их собственных домах прямо сквозь стены.

Кроме того, зондирование на этих частотах даёт возможность идентифи

вом диапазоне — на частоте около 100 гигагерц. Не задействован, получается, лишь участок спектра между этими двумя типами волн. Почему?

Одна из причин в том, что испытанные многолетней практикой приёмы и технологии в данном случае не годятся. Скажем, основа любого радиопередающего устройства — колебательный контур электрической цепи. Радиоизлучение возникает за счёт вибрации элек

МЕЖДУ ЛАЗЕРОМ И МАЗЕРОМ