Ett team av forskare under ledning av Hideo Hosono vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har visat att terahertzstrålar kan omvandlas till ljus som är synligt för det mänskliga ögat. Fyndet är ett genombrott för funktionell materialforskning och kan leda till utvecklingen av en ny typ av terahertz -detektor.

Forskare har framgångsrikt visualiserat terahertz -strålning, allmänt känd som T-strålar, med en kristall som kallas mayenit (Ca ₁₂ Al ₁₄ O ₃₃ ). Deras metod använder smart den skramlande rörelsen som orsakas av vibrationer av syrejoner inuti kristallens burliknande strukturer.

Under de senaste åren har intresset har utvecklats för att utveckla praktiska enheter baserade på terahertz -teknik. Med våglängder längre än infrarött ljus, T-strålar anses säkrare än konventionella bildsystem. De är redan använda, till exempel, vid flygplatsens säkerhetskontroller, och börjar användas mer allmänt inom områden som medicinsk screening, livsmedelsinspektion och analys av konstverk. Visualiseringen av själva terahertz -ljuset, dock, har hittills visat sig vara utmanande.

Nu, Hideo Hosono för materialforskningscenter för elementstrategi, Tokyo Tech och medarbetare i Japan, Ukraina och USA har utarbetat ett enkelt sätt att konvertera T-strålar till ljusa, synligt ljus. Deras resultat har publicerats i ACS Nano .

Först, studien involverade strålning av T-strålar på mayenitkristallen med hjälp av en gyrotron. Detta ledde till vibrationer av syreanjoner, som kolliderar med innerväggarna i burarna i kristallen. Varje bur har en innerdiameter på 0,4 nanometer och en ytterdiameter på 0,7 nanometer.

"Skramling av syrejoner i burarna främjar energiomvandling uppåt, "Förklarar Hosono." Starka och frekventa kollisioner mellan syrejonerna inducerar elektronöverföring till angränsande tomma burar. Excitationen av syrejonerna är nyckeln till utsläpp av synligt ljus. "

Spektroskopimätningar bekräftade att det synliga ljuset härrörde från vibrationer orsakade av de fritt rörliga syreanjonerna. Forskarna var noga med att utesluta möjligheten till andra källor som svart kroppsstrålning och ytpolarisering som orsaker bakom produktionen av synligt ljus.

Studien är ett exempel på strategisk forskning om funktionella material under Element Strategy -initiativet som stöds av Japans utbildningsministerium, Kultur, Sporter, Science and Technology (MEXT) och Japan Science and Technology Agency (JST).

"Kristallen i vår studie består bara av kalcium, aluminium och syre, som alla är i topp fem av de mest förekommande elementen, "säger Hosono." Så, det är ett av de billigaste materialen, cirka 15 cent per kilo. "

Trots sin enkelhet, Hosono säger att kristallen har många spännande egenskaper på grund av dess nanostruktur. Utifrån 20 års forskning, hans grupp har redan lyckats visa att materialet har utmärkta katalytiska egenskaper för ammoniaksyntes och supraledningsförmåga.

Mest känd för sitt banbrytande arbete med järnbaserade supraledare, Hosono säger att den aktuella studien markerar en ny forskningsinriktning. "Vår grupp har koncentrerat sig på odling av nya funktioner med hjälp av många element, men det är första gången för mig att fokusera på jonisk rörelse - det här är helt nytt, " han säger.

Fynden kan leda till utvecklingen av en T-stråldetektor, eftersom ingen sådan konventionell detektor ännu har utformats.

Hosono tillägger:"Just nu, vårt material är bra på att upptäcka stark terahertz -strålning. Utmaningen blir hur man justerar känsligheten. "

Hans grupp har också rapporterat att syreanjonerna kan ersättas med guld- eller väteanjoner inuti burarna. Genom att använda dessa olika anjoner, det kan vara möjligt att utveckla detektorer som avger olika färgat ljus i framtiden.