Udnytter iltionernes raslende bevægelse for at konvertere T-stråler til synligt lys

Et team af forskere ledet af Hideo Hosono ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har vist, at terahertz -stråler kan omdannes til lys, der er synligt for det menneskelige øje. Fundet er et gennembrud for funktionel materialeforskning og kan føre til udviklingen af ​​en ny form for terahertz -detektor.

Forskere har med succes visualiseret terahertz -stråling, populært kendt som T-stråler, ved hjælp af en krystal kaldet mayenit (Ca ₁₂ Al ₁₄ O ₃₃ ). Deres metode udnytter smart den raslende bevægelse forårsaget af vibrationer af iltioner inde i krystallens burlignende strukturer.

I de seneste år, der har været stigende interesse for at udvikle praktiske enheder baseret på terahertz -teknologi. Med bølgelængder længere end infrarødt lys, T-stråler betragtes som sikrere end konventionelle billeddannelsessystemer. De er allerede brugt, for eksempel, ved lufthavnens sikkerhedskontroller, og begynder at blive brugt mere bredt på områder som medicinsk screening, madinspektion og analyse af kunstværker. Visualiseringen af ​​selve terahertz -lyset, imidlertid, har hidtil vist sig udfordrende.

Nu, Hideo Hosono of Materials Research Center for Element Strategy, Tokyo Tech og kolleger i Japan, Ukraine og USA har udtænkt en enkel tilgang til at konvertere T-stråler til lyse, synligt lys. Deres resultater er blevet offentliggjort i ACS Nano .

Først, undersøgelsen involverede stråling af T-stråler på mayenitkrystallen ved hjælp af en gyrotron. Dette førte til vibrationer af iltanioner, som kolliderer med de indvendige vægge i burene i krystallen. Hvert bur har en indre diameter på 0,4 nanometer og en ydre diameter på 0,7 nanometer.

"Rattelen af ​​iltioner i burene fremmer energiomdannelse opad, "Forklarer Hosono." Stærke og hyppige kollisioner af iltionerne fremkalder elektronoverførsel til nabolande tomme bure. Excitationen af ​​iltionerne er nøglen til udsendelse af synligt lys. "

Spektroskopimålinger bekræftede, at det synlige lys stammer fra vibrationer forårsaget af de frit bevægelige iltanioner. Forskerne sørgede for at udelukke muligheden for andre kilder såsom sort kropsstråling og overfladepolarisering som årsager bag produktionen af ​​synligt lys.

Undersøgelsen er et eksempel på strategisk forskning om funktionelle materialer under Element Strategy -initiativet understøttet af Japans undervisningsministerium, Kultur, Sport, Science and Technology (MEXT) og Japan Science and Technology Agency (JST).

"Krystallen i vores undersøgelse er netop sammensat af calcium, aluminium og ilt, som alle er i top fem af de mest udbredte elementer, "siger Hosono." Så, det er et af de billigste materialer, omkring 15 cent per kilo. "

På trods af sin enkelhed, Hosono siger, at krystallen har mange spændende egenskaber på grund af sin nanostruktur. Med udgangspunkt i 20 års forskning, hans gruppe har allerede formået at demonstrere, at materialet har fremragende katalytiske egenskaber til ammoniaksyntese og superledning.

Mest kendt for sit banebrydende arbejde med jernbaserede superledere, Hosono siger, at den nuværende undersøgelse markerer en ny forskningsretning. "Vores gruppe har koncentreret sig om dyrkning af nye funktionaliteter ved hjælp af rigelige elementer, men det er første gang for mig at fokusere på ionisk bevægelse - det er helt nyt, " han siger.

Resultaterne kan føre til udviklingen af ​​en T-stråledetektor, da der endnu ikke er designet en sådan konventionel detektor.

Hosono tilføjer:"Lige nu, vores materiale er godt til at detektere stærk terahertz -stråling. Udfordringen bliver, hvordan man justerer følsomheden. "

Hans gruppe har også rapporteret, at iltanionerne kan erstattes med guld- eller brintanioner inde i burene. Ved at gøre brug af disse forskellige anioner, det kan være muligt at udvikle detektorer, der udsender forskelligt lys i fremtiden.