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          精密測量院在液體太赫茲波產(chǎn)生機制的理論研究方面獲進(jìn)展

          2024-03-12 來(lái)源:中科院網(wǎng)站 字號:

          太赫茲波在通訊和成像等方面頗具應用價(jià)值。強場(chǎng)超快激光與物質(zhì)非線(xiàn)性相互作用是產(chǎn)生太赫茲波的重要方式之一。等離子體、氣體、晶體等太赫茲產(chǎn)生介質(zhì)相關(guān)的實(shí)驗與理論研究較為充分。然而,液體水是很強的太赫茲波吸收介質(zhì),尚未有其產(chǎn)生太赫茲波的報道。2017年,實(shí)驗發(fā)現,液體薄膜厚度或液體束直徑降到微米量級時(shí),太赫茲波的輻射大于吸收。這開(kāi)啟了液體太赫茲波研究的新方向。

          近年來(lái),液體太赫茲波領(lǐng)域有實(shí)驗報道,但實(shí)驗觀(guān)測到的較多現象均與其他介質(zhì)的結果不同。例如:?jiǎn)紊す鈭?chǎng)可以有效地產(chǎn)生液體太赫茲波,而氣體介質(zhì)需要特定相位差的雙色激光;液體太赫茲波的產(chǎn)率與驅動(dòng)激光的能量是正比關(guān)系,而氣體介質(zhì)中是平方關(guān)系;在一定范圍內液體太赫茲波的產(chǎn)率隨激光的脈沖寬度的增加而增加,而氣體介質(zhì)相反;在雙色激光的驅動(dòng)下,液體太赫茲波出現非調制信號,在氣體介質(zhì)中卻未見(jiàn)類(lèi)似信號。復雜無(wú)序的液相體系的理論研究一直是難題,以上現象難以用已有理論來(lái)解釋??蒲腥藛T只能基于之前的等離子體模型和界面效應等,來(lái)解釋一些高光強下的宏觀(guān)實(shí)驗結果。

          近日,中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng )新研究院研究員卞學(xué)濱和博士研究生李正亮,提出了產(chǎn)生液體太赫茲波的位移電流模型,可以系統解釋上述實(shí)驗觀(guān)測到的系列反?,F象。該微觀(guān)機制模型的物理圖像如圖所示:液體的無(wú)序結構使得電子波包局域化,同時(shí)不同分子的外層電子的能量受到環(huán)境的影響而發(fā)生移動(dòng),在強場(chǎng)激光的作用下不同分子的外層電子發(fā)生躍遷,產(chǎn)生非對稱(chēng)體系的位移電流。這些躍遷的能量差在太赫茲能量區域,進(jìn)而輻射出太赫茲波。同時(shí),該工作表明原子核的量子效應起到關(guān)鍵作用,并預言太赫茲輻射可以研究液體的同位素效應。

          上述成果是卞學(xué)濱團隊在液相強場(chǎng)超快動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域繼高次諧波統計漲落模型之后的又一理論進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Terahertz radiation induced by shift currents in liquids為題,發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院穩定支持基礎研究領(lǐng)域青年團隊計劃等的支持。

          液體太赫茲波產(chǎn)生的原理圖

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