Lembaga Pengukuran Presisi Maju dalam Studi Teoritis Mekanisme Pembangkitan Gelombang Terahertz Cair

Gelombang Terahertz sangat berharga dalam aplikasi komunikasi dan pencitraan. Interaksi nonlinier laser ultracepat medan kuat dengan materi adalah salah satu cara penting untuk menghasilkan gelombang terahertz. Studi eksperimental dan teoritis terkait media penghasil terahertz seperti plasma, gas, dan kristal telah dipelajari dengan relatif baik. Namun, air cair, yang merupakan media penyerap gelombang terahertz yang sangat kuat, belum dilaporkan menghasilkan gelombang terahertz. Pada tahun 2017, secara eksperimental ditemukan bahwa gelombang terahertz lebih terpancar daripada terserap ketika ketebalan film cair atau diameter berkas cairan direduksi menjadi skala mikrometer. Hal ini membuka arah baru dalam penelitian gelombang terahertz cair.
Dalam beberapa tahun terakhir, terdapat laporan eksperimental di bidang gelombang terahertz cair, namun lebih banyak fenomena yang diamati secara eksperimental berbeda dengan hasil media lain. Misalnya: bidang laser monokromatik dapat secara efektif menghasilkan gelombang terahertz cair, sedangkan media gas memerlukan perbedaan fasa tertentu dari laser dua warna; hasil gelombang terahertz cair sebanding dengan energi penggerak laser, sedangkan pada media gas adalah hubungan kuadrat; dalam kisaran tertentu, hasil gelombang terahertz cair meningkat seiring dengan bertambahnya lebar pulsa laser, sedangkan pada media gas, hal sebaliknya terjadi; dalam penggerak laser dua warna, gelombang terahertz cair Sinyal non-termodulasi muncul dalam gelombang terahertz cair yang digerakkan oleh laser dua warna, sementara tidak ada sinyal serupa yang terlihat di media gas. Studi teoritis tentang sistem fase cair yang kompleks dan tidak teratur selalu menjadi masalah yang sulit, dan fenomena di atas sulit dijelaskan oleh teori-teori yang ada. Para peneliti hanya dapat menjelaskan beberapa hasil eksperimen makroskopis pada intensitas cahaya tinggi berdasarkan model plasma dan efek antarmuka sebelumnya.
Baru-baru ini, Bian Xuebin, seorang peneliti di Institut Sains Pengukuran Presisi dan Inovasi Teknologi (IPMSI) dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (CAS), dan Li Zhengliang, seorang mahasiswa doktoral, mengusulkan model arus perpindahan untuk menghasilkan gelombang terahertz cair, yang mana dapat secara sistematis menjelaskan rangkaian anomali yang diamati pada percobaan di atas. Gambaran fisik model mekanisme mikroskopis ditunjukkan pada gambar: struktur cairan yang tidak teratur membuat paket gelombang elektron terlokalisasi, sedangkan energi elektron terluar dari molekul yang berbeda digeser oleh lingkungan, dan elektron terluar dari molekul yang berbeda di bawah aksi laser medan kuat mengalami lompatan untuk menghasilkan arus perpindahan dalam sistem asimetris. Perbedaan energi lompatan-lompatan ini berada pada wilayah energi terahertz, yang pada gilirannya memancarkan gelombang terahertz. Pada saat yang sama, penelitian ini menunjukkan bahwa efek kuantum inti atom memainkan peran kunci, dan memperkirakan bahwa radiasi terahertz dapat mempelajari efek isotop cairan.
Hasil di atas adalah kemajuan teoretis lain dari tim Xuebin Bian di bidang penelitian dinamika ultracepat medan kuat fase cair, mengikuti model naik turunnya statistik harmonik tinggi. Hasil penelitian terkait dipublikasikan dalam Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) dengan judul Radiasi Terahertz yang disebabkan oleh pergeseran arus dalam cairan. Pekerjaan penelitian ini didukung oleh Program Penelitian dan Pengembangan Kunci Nasional Tiongkok, Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok, dan Program Dukungan Stabil untuk Tim Muda di Bidang Penelitian Dasar dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok.

Diagram skema pembangkitan gelombang terahertz cair