Un equipo de investigación de la Universidad ITMO y la Universidad de Rochester (EE. UU.) Realizó un estudio sobre la formación de radiación de terahercios en líquidos. Previamente, la generación de dicha radiación en un medio líquido se consideró imposible debido a la alta absorción. Sin embargo, en su nueva investigación, los científicos describieron la naturaleza física de este fenómeno y demostraron que las fuentes de radiación líquida pueden ser igualmente efectivas que las tradicionales. Los resultados han sido publicados en Letras de física aplicada .

La radiación electromagnética de terahercios puede atravesar fácilmente la mayoría de los materiales, excepto los metales y el agua. Hoy dia, es ampliamente utilizado en los sistemas de seguridad utilizados para detectar drogas y armas ilícitas, así como para la investigación biomédica. La mayoría de las investigaciones modernas que involucran radiación de terahercios se enfocan en encontrar nuevos, mas estable, fuentes poderosas y eficientes.

Las fuentes más comunes de radiación de terahercios son los materiales sólidos. Además, existen fuentes basadas en la filamentación láser de femtosegundos en aire y gases. En este caso, un potente rayo láser crea un plasma en el medio gaseoso ionizándolo para que los electrones libres generen radiación electromagnética de terahercios. Aunque hacer lo mismo en un medio líquido hasta ahora se consideraba imposible debido a la alta absorción, un equipo de investigación internacional de la Universidad ITMO y la Universidad de Rochester mostró lo contrario. Su nuevo estudio reveló que el líquido, De hecho, tiene una serie de ventajas sobre otras fuentes como los gases.

"Hasta que nuestro colega, Prof. Xi-Cheng Zhang, había podido detectar radiación de terahercios en un líquido, se creía que era imposible. Pero demostramos que, en términos de eficiencia, las fuentes líquidas pueden acercarse a las fuentes de estado sólido, que ahora se consideran el estándar. Es más, los líquidos son mucho más fáciles de obtener que los cristales. También pueden soportar una alta energía de bombeo, lo que permite obtener un mejor rendimiento, "explica Anton Tsypkin, Jefe del Laboratorio de Óptica de Femtosegundos y Femtotecnología de la Universidad ITMO.

Generalmente, la radiación se genera debido a la liberación de electrones excitados libres durante la filamentación. Cuantos más electrones se puedan excitar o ionizar, más fuerte será la radiación de salida en terahercios. El número de electrones excitados de una molécula depende de la energía gastada en la excitación o "bombeo" del medio. La diferencia entre las energías de "bombeo" requeridas en gas y líquido es pequeña. Al mismo tiempo, la densidad de moléculas en un líquido es mucho mayor que en un gas, de modo que una energía de bombeo comparable hace posible excitar más electrones y hacer que la radiación sea más fuerte.

Los científicos investigaron la dirección de la radiación de terahercios en el líquido. Se realizaron experimentos en paralelo en dos universidades para eliminar errores. Luego, los científicos verificaron los resultados obtenidos de forma independiente y trabajaron juntos en un modelo teórico para explicarlos. Como resultado, lograron trazar y corroborar físicamente los patrones de radiación de la radiación de terahercios en un líquido y su dependencia del ángulo en el que el líquido choca con la radiación de la bomba. Según los investigadores, estos resultados se utilizarán en trabajos futuros.

"Un inconveniente importante del fluido es su gran absorción. Planeamos resolver este problema optimizando el tipo de fluido, la forma del jet, la potencia de la bomba y una serie de otros parámetros. Queremos encontrar experimentalmente los parámetros óptimos para la generación de radiación en diferentes líquidos, así como desarrollar un modelo teórico basado en estos datos. Se puede utilizar para crear un dispositivo prototipo que nos permitirá producir diferentes tipos de radiación de terahercios a partir de líquidos, "dice Xi-Cheng Zhang, codirector del Instituto Internacional de Fotónica e Informática Óptica de la Universidad ITMO, e investigador de la Universidad de Rochester.