معهد القياس الدقيق يتقدم في الدراسة النظرية لآليات توليد موجات تيراهيرتز السائلة

تعتبر موجات تيراهيرتز ذات قيمة في تطبيقات الاتصالات والتصوير. يعد التفاعل غير الخطي لأشعة الليزر فائقة السرعة ذات المجال القوي مع المادة أحد الطرق المهمة لتوليد موجات تيراهيرتز. تمت دراسة الدراسات التجريبية والنظرية المتعلقة بالوسائط المولدة للتيراهيرتز مثل البلازما والغاز والبلورات بشكل جيد نسبيًا. ومع ذلك، لم يتم الإبلاغ عن أن الماء السائل، وهو وسيلة امتصاص قوية جدًا لموجات تيراهيرتز، يولد موجات تيراهيرتز. في عام 2017، وجد تجريبيًا أن موجات تيراهيرتز يتم إشعاعها أكثر من امتصاصها عندما يكون سمك الفيلم السائل أو قطر شعاع السائل يتم تقليله إلى مقياس ميكرومتر. وقد فتح هذا اتجاهًا جديدًا في أبحاث موجات تيراهيرتز السائلة.
في السنوات الأخيرة، ظهرت تقارير تجريبية في مجال موجات تيراهيرتز السائلة، لكن المزيد من الظواهر التي تمت ملاحظتها تجريبيًا تختلف عن نتائج الوسائط الأخرى. على سبيل المثال: يمكن لمجال الليزر أحادي اللون أن يولد موجات تيراهيرتز سائلة بشكل فعال، بينما يتطلب وسط الغاز اختلاف طور محدد لليزر ثنائي اللون؛ يتناسب عائد موجة تيراهيرتز السائل مع طاقة الليزر الدافع، بينما في الوسط الغازي توجد علاقة مربعة؛ في نطاق معين من عائد موجة تيراهيرتز السائل مع زيادة عرض نبضة الليزر، بينما العكس هو الصحيح بالنسبة للوسط الغازي؛ في محرك الليزر ثنائي اللون، موجة تيراهيرتز السائل تظهر إشارة غير معدلة في موجة تيراهيرتز السائل مدفوعة بالليزر ثنائي اللون، بينما لا تظهر إشارة مماثلة في الوسط الغازي. لطالما كانت الدراسة النظرية لأنظمة الطور السائل المعقدة والمضطربة مشكلة صعبة، ومن الصعب تفسير الظواهر المذكورة أعلاه بالنظريات الموجودة. يمكن للباحثين فقط شرح بعض النتائج التجريبية العيانية عند كثافة إضاءة عالية بناءً على نماذج البلازما السابقة وتأثيرات الواجهة.
في الآونة الأخيرة، اقترح بيان شيويبين، الباحث في معهد علوم القياس الدقيق والابتكار التكنولوجي (IPMSI) التابع للأكاديمية الصينية للعلوم (CAS)، ولي زينغليانغ، طالب الدكتوراه، نموذج تيار الإزاحة لتوليد موجات تيراهيرتز السائلة، والتي يمكن أن يفسر بشكل منهجي سلسلة الحالات الشاذة التي لوحظت في التجارب المذكورة أعلاه. تظهر الصورة الفيزيائية لنموذج الآلية المجهرية في الشكل: البنية المضطربة للسائل تجعل حزمة موجة الإلكترون موضعية، في حين يتم إزاحة طاقة الإلكترونات الخارجية للجزيئات المختلفة بواسطة البيئة، والإلكترونات الخارجية للجزيئات المختلفة تحت تأثير الليزر ذو المجال القوي، قم بقفزة لتوليد تيارات الإزاحة في النظام غير المتماثل. ويكون فرق الطاقة لهذه القفزات في منطقة طاقة تيراهيرتز، والتي بدورها تشع موجات تيراهيرتز. وفي الوقت نفسه، يوضح هذا العمل أن التأثير الكمي للنواة الذرية يلعب دورًا رئيسيًا، ويتنبأ بأن إشعاع تيراهيرتز يمكنه دراسة تأثير نظائر السوائل.
النتائج المذكورة أعلاه هي تقدم نظري آخر لفريق Xuebin Bian في مجال أبحاث ديناميكيات السرعة الفائقة للمجال القوي في الطور السائل، باتباع نموذج الارتفاع والانخفاض الإحصائي عالي التوافقي. ونشرت نتائج البحوث ذات الصلة في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية (PNAS) تحت عنوان إشعاع تيراهيرتز الناجم عن تيارات التحول في السوائل. تم دعم العمل البحثي من قبل البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، وبرنامج الدعم المستقر للفرق الشابة في مجالات البحث الأساسية التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم.

رسم تخطيطي لتوليد موجة تيراهيرتز السائل