پیشرفت موسسه اندازه گیری دقیق در مطالعه نظری مکانیسم های تولید موج تراهرتز مایع

امواج تراهرتز در کاربردهای ارتباطی و تصویربرداری با ارزش هستند. برهمکنش غیرخطی لیزرهای فوق سریع میدان قوی با ماده یکی از راه های مهم تولید امواج تراهرتز است. مطالعات تجربی و نظری مربوط به محیط‌های مولد تراهرتز مانند پلاسما، گاز و کریستال‌ها به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. با این حال، آب مایع، که یک محیط جذب بسیار قوی برای امواج تراهرتز است، گزارش نشده است که امواج تراهرتز تولید کند. در سال 2017، به طور تجربی مشخص شد که امواج تراهرتز بیش از تابش امواج تراهرتز در هنگام ضخامت لایه مایع یا قطر پرتو مایع تشعشع می‌شوند. به مقیاس میکرومتر کاهش می یابد. این امر مسیر جدیدی را در تحقیقات موج تراهرتز مایع باز کرد.
در سال‌های اخیر گزارش‌های تجربی در زمینه امواج تراهرتز مایع وجود دارد، اما پدیده‌های بیشتری که به صورت تجربی مشاهده می‌شوند با نتایج سایر رسانه‌ها متفاوت است. به عنوان مثال: یک میدان لیزری تک رنگ می تواند به طور موثر امواج تراهرتز مایع تولید کند، در حالی که محیط گازی به اختلاف فاز خاصی از لیزر دو رنگ نیاز دارد. بازده موج تراهرتز مایع با انرژی لیزر محرک متناسب است، در حالی که در محیط گاز یک رابطه مربعی است. در محدوده معینی از بازده موج تراهرتز مایع با افزایش عرض پالس لیزر افزایش می‌یابد، در حالی که عکس آن در مورد محیط گاز صادق است. در درایو لیزر دو رنگ، موج تراهرتز مایع یک سیگنال غیر مدوله شده در موج تراهرتز مایع که توسط لیزر دو رنگ هدایت می شود ظاهر می شود، در حالی که سیگنال مشابهی در محیط گاز دیده نمی شود. مطالعه نظری سیستم‌های فاز مایع پیچیده و بی‌نظم همیشه یک مشکل دشوار بوده است و توضیح پدیده‌های فوق توسط نظریه‌های موجود دشوار است. محققان تنها می توانند برخی از نتایج تجربی ماکروسکوپی را در شدت نور بالا بر اساس مدل های پلاسما قبلی و اثرات رابط توضیح دهند.
اخیراً، Bian Xuebin، محقق مؤسسه علوم اندازه گیری دقیق و نوآوری های تکنولوژیکی (IPMSI) آکادمی علوم چین (CAS) و لی ژنگلیانگ، دانشجوی دکترا، یک مدل جریان جابجایی را برای تولید امواج تراهرتز مایع پیشنهاد کردند که می تواند به طور سیستماتیک مجموعه ای از ناهنجاری های مشاهده شده در آزمایش های فوق را توضیح دهد. تصویر فیزیکی مدل مکانیسم میکروسکوپی در شکل نشان داده شده است: ساختار بی نظم مایع باعث می شود بسته موج الکترونی موضعی شود، در حالی که انرژی الکترون های بیرونی مولکول های مختلف توسط محیط جابجا می شود و الکترون های بیرونی مولکول های مختلف تغییر می کند. تحت عمل لیزر میدان قوی، یک پرش برای تولید جریان های جابجایی در سیستم نامتقارن انجام می شود. تفاوت انرژی این جهش ها در ناحیه انرژی تراهرتز است که به نوبه خود امواج تراهرتز را ساطع می کند. در عین حال، این کار نشان می‌دهد که اثر کوانتومی هسته اتم نقش کلیدی دارد و پیش‌بینی می‌کند که تابش تراهرتز می‌تواند اثر ایزوتوپی مایعات را مطالعه کند.
نتایج فوق، یکی دیگر از پیشرفت های نظری تیم Xuebin Bian در زمینه تحقیقات دینامیک فوق سریع میدان قوی فاز مایع، به دنبال مدل افزایش و سقوط آماری با هارمونیک بالا است. نتایج تحقیقات مربوطه در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم ایالات متحده آمریکا (PNAS) تحت عنوان تشعشعات تراهرتز ناشی از جریان های شیفت در مایعات منتشر شد. این کار تحقیقاتی توسط برنامه کلید ملی تحقیق و توسعه چین، بنیاد ملی علوم طبیعی چین، و برنامه حمایت پایدار از تیم‌های جوان در حوزه‌های تحقیقاتی پایه آکادمی علوم چین حمایت شد.

نمودار شماتیک تولید موج تراهرتز مایع