Precision Measurement Institute avança no estudo teórico de mecanismos de geração de ondas líquidas Terahertz

As ondas Terahertz são valiosas em aplicações de comunicação e imagem. A interação não linear de lasers ultrarrápidos de campo forte com a matéria é uma das formas importantes de gerar ondas terahertz. Estudos experimentais e teóricos relacionados a meios geradores de terahertz, como plasma, gás e cristais, são relativamente bem estudados. No entanto, não foi relatado que a água líquida, que é um meio de absorção muito forte para ondas terahertz, gera ondas terahertz. Em 2017, foi descoberto experimentalmente que as ondas terahertz são mais irradiadas do que absorvidas quando a espessura do filme líquido ou o diâmetro do feixe de líquido é reduzido à escala micrométrica. Isso abriu uma nova direção na pesquisa de ondas terahertz líquidas.
Nos últimos anos, tem havido relatos experimentais no campo das ondas terahertz líquidas, mas mais fenômenos observados experimentalmente são diferentes dos resultados de outras mídias. Por exemplo: um campo de laser monocromático pode efetivamente gerar ondas terahertz líquidas, enquanto o meio gasoso requer uma diferença de fase específica do laser de duas cores; o rendimento da onda terahertz líquida é proporcional à energia do laser de acionamento, enquanto no meio gasoso há uma relação quadrada; em uma certa faixa do líquido, o rendimento da onda terahertz com o aumento da largura do pulso do laser aumenta, enquanto o oposto é verdadeiro para o meio gasoso; no acionamento do laser de duas cores, a onda terahertz líquida Um sinal não modulado aparece na onda terahertz líquida acionada por um laser de duas cores, enquanto nenhum sinal semelhante é visto no meio gasoso. O estudo teórico de sistemas complexos e desordenados em fase líquida sempre foi um problema difícil, e os fenômenos acima são difíceis de serem explicados pelas teorias existentes. Os pesquisadores só podem explicar alguns resultados experimentais macroscópicos em alta intensidade de luz com base em modelos de plasma anteriores e efeitos de interface.
Recentemente, Bian Xuebin, pesquisador do Instituto de Ciência de Medição de Precisão e Inovação Tecnológica (IPMSI) da Academia Chinesa de Ciências (CAS), e Li Zhengliang, estudante de doutorado, propuseram um modelo de corrente de deslocamento para gerar ondas terahertz líquidas, que pode explicar sistematicamente a série de anomalias observadas nos experimentos acima. A imagem física do modelo do mecanismo microscópico é mostrada na figura: a estrutura desordenada do líquido torna o pacote de ondas de elétrons localizado, enquanto a energia dos elétrons externos de diferentes moléculas é deslocada pelo ambiente, e os elétrons externos de diferentes moléculas sob a ação do laser de campo forte sofrem um salto para gerar correntes de deslocamento no sistema assimétrico. A diferença de energia desses saltos está na região de energia terahertz, que por sua vez irradia ondas terahertz. Ao mesmo tempo, este trabalho mostra que o efeito quântico do núcleo atômico desempenha um papel fundamental e prevê que a radiação terahertz pode estudar o efeito isótopo dos líquidos.
Os resultados acima são outro progresso teórico da equipe de Xuebin Bian no campo da pesquisa de dinâmica ultrarrápida de campo forte em fase líquida, seguindo o modelo estatístico de ascensão e queda de alto harmônico. Os resultados da pesquisa relacionada foram publicados nos Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América (PNAS) sob o título de Radiação Terahertz induzida por correntes de mudança em líquidos. O trabalho de pesquisa foi apoiado pelo Programa Nacional Chave de Pesquisa e Desenvolvimento da China, pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e pelo Programa de Apoio Estável a Equipes Jovens em Áreas de Pesquisa Básica da Academia Chinesa de Ciências.

Diagrama esquemático da geração de ondas terahertz líquidas