Создание компактного и надежного источника терагерцового (ТГц) излучения – одна из сложных задач современной прикладной физики. Источники терагерцового излучения могут найти применение в различных областях, включая безопасность, медицину, астрономию и биологию. Терагерцовое излучение проникает через многие материалы (кроме металлов), поэтому может использоваться для контроля содержимого багажа в аэропортах. В медицине его можно использовать для обнаружения раковых опухолей на ранних стадиях развития. Астрономы также интересуются терагерцовым излучением, т.к. оно входит в космический фон, образовавшийся в результате Большого Взрыва.
Одним из последних веяний этой области стали попытки использовать углеродные нанотрубки в качестве строительных блоков при создании источников ТГц излучения. Нанотрубки планируют применять как при создании диодов Шоттки и антенн, так и наноклистронов – преобразователей постоянного тока в переменный путем модуляции скоростей электронов электрическим полем СВЧ, – основанных на исключительной электронной эмиссии нанотрубок.
Олег Васильевич Кибис, профессор кафедры прикладной и теоретической физики Новосибирского государственного технического университета с коллегами предлагает альтернативную схему генерации терагерцового излучения одностенными нанотрубками. Эта схема основана на разогреве электронного газа в магнитном поле, приводящее к инверсии числа оптически активных состояний с разницей энергии в терагерцовом диапазоне.
Известно, что процессы обратного рассеяния в УНТ строго запрещены, и в достаточно больших электрических полях носители заряда могут быть ускорены до энергий, вызывающих эмиссию фононов. При энергии, соответствующей частоте около 40 ТГц, рассеяние по основному механизму резко прекращается, приводя к выходу тока на насыщение.
Было показано, что для некоторых типов нанотрубок разогрев электронов до энергий ниже порога высокоэнергетической фононной эмиссии приводит к спонтанной терагерцовой эмиссии, основная частота которой зависит от величины приложенного напряжения.
Примечательно, что требования к параметрам нанотрубок и приложенному напряжению не превосходят доступные на сегодняшний момент. Соответственно, упорядоченные массивы нанотрубок могут стать кандидатами для активных элементов преобразователей и генераторов когерентного терагерцового излучения. В таком массиве моды излучения всех связанных квазиметаллических нанотрубок будут совпадать, тогда как полупроводниковые нанотрубки или УНТ в конфигурации «кресло» будут оптически неактивными в терагерцовом и среднем ИК диапазоне. Благодаря этому, не потребуется специального выделения квазиметаллических УНТ из массива нанотрубок.
