02/12/2016

Ученые обнаружили неожиданный эффект в экспериментах с терагерцовым излучением

512 СО РАН ИЯФ СО РАН НГУ Сотрудничество Физика Новосибирск ​Российско-немецкая группа исследователей изучает свойства полупроводниковых структур под воздействием электромагнитного излучения терагерцового диапазона. 

Учёные исследовали образцы легированного сурьмой германия на лазерах на свободных электронах в Новосибирске и Дрездене. Результаты оказались неожиданными — динамика релаксации возбуждений отличается от теоретических предсказаний. Исследования в этой области актуальны для создания детекторов электромагнитного излучения, например, сверхчувствительных телескопов.

Группа исследователей из Института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН и Института физики микроструктур (ИФМ) РАН провели серию экспериментов с германиевыми полупроводниками на Лазере на свободных электронах (ЛСЭ) Сибирского центра синхротронного и терагерцового излучения и выяснили: после возбуждения атомов примеси они релаксируют быстрее, чем считалось раньше.

— Мы обнаружили интересную закономерность. Согласно теории каскадной релаксации, чем выше вы забрасываете электрон, тем дольше потом он опускается вниз по квантовым уровням. Но эксперимент показывает обратное — чем выше мы его подбрасываем, тем быстрее он возвращается. Похожие результаты получили наши коллеги в Дрездене на установке FELBE. Встает вопрос корректности интерпретации. Эксперимент дает только результат, а осознать его нужно будет теоретикам, — поясняет кандидат физико-математических наук, научный сотрудник ИФМ РАН Роман Жукавин.

Для проведения этой серии экспериментов сотрудники в рамках гранта минобрнауки РФ на ЛСЭ была создана новая станция «Накачка-зондирование». Станция позволяет исследовать поведение разных образцов вещества после возбуждения при их охлаждении вплоть до температуры жидкого гелия.

— Вы делите луч лазера на две части, одним вы возбуждаете вещество, а другой через оптическую линию задержки освещает этот же образец в том же месте, — отмечает доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, профессор НГУ Борис Кнзяев.

Преимуществом новосибирского ЛСЭ является возможность быстрой и плавной перестройки по длинам волны излучения.

— Это уникальная возможность. Каждый электрон находится на своем основном уровне, для перехода в возбужденное состояние ему необходим определенный квант энергии, которому соответствует конкретная длина волны. ЛСЭ позволяет задать определенную длину волны излучения и посмотреть, как себя ведет каждый электрон. Когда мы слышим оркестр, это красиво, но мы не знаем, кто именно сейчас играет. Наш ЛСЭ позволяет слушать игру каждого инструмента в отдельности и разложить мелодию по всем октавам, — комментирует кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, старший преподаватель НГУ Юлия Чопорова.

Новосибирский лазер на свободных электронах — уникальная научная установка на базе первого в мире четырехдорожечного ускорителя-рекуператора, созданного в ИЯФ СО РАН. Он предназначен для генерации когерентного электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 5 до 240 микрон. По спектральной мощности излучения Новосибирский ЛСЭ в своем диапазоне длин волн на несколько порядков превосходит все существующие в мире источники, что позволяет проводить уникальные, не имеющие аналогов в мире, эксперименты. Новосибирский ЛСЭ активно используется десятками исследовательских групп из российских и зарубежных организаций для мультидисциплинарных исследований в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения.

Напомним, что учёные из НГУ и ИЯФ ранее, проводя эксперименты на ЛСЭ, получили бездифракционные закрученные бесселевы пучки в терагерцевом диапазоне, а также создали элементы для управления терагерцовым излучением.