Сегодня терагерцовое излучение используется в биомедицине, в системах безопасности для сканирования багажа и людей, при контроле производственных процессов.
Сейчас для генерации излучения в терагерцовом диапазоне используется громоздкое и дорогое оборудование, например линейные ускорители и циклотроны. Более простой способ заключается в "косвенной" генерации: сначала генерируется излучение других диапазонов электромагнитного спектра, а затем оно преобразуется в терагерцовое. Этот подход может быть реализован с использованием сверхбыстрых фотоиндуцированных токов в полупроводниках или смещением разностной частоты в нелинейных кристаллах {Прим. ред.: для обычных читателей просьба не пытаться понять эту фразу}. В зависимости от свойств возбуждающего лазера производится широкополосное или одночастотное терагерцовое излучение. Однако обычно используемые лазерные системы производят только сотни нановатт терагерцовой мощности или меньше.
В журнале Nature Nanotechnology показали совершенно новый подход к генерации высокочастотного излучения. Для этого авторами были синтезированы в гидротермальных условиях массивы со структурой ядро-оболочка, состоящие из гексагональных нанопластинок ZnO. Самосборка агрегатов происходит в полярном растворе полимера, при этом оболочка состоит из нанокантилеверов, радиально выстроенных вокруг ядра. Каждый кантилевер покрыт заряженным полимером. Для возбуждения механического резонанса в подобных пьезоэлектрических структурах оксида цинка использовался лазер, работающий в видимых длинах волн. Ускорение и замедление зарядов в структурах поочередно вызывает терагерцовое излучение {Прим. ред.: дл посвященных читателей просьба не читать эту фразу про фотонанобарабаны}.
Освещение агрегатов зеленым лазером создает механические колебания вдоль нанопластин с частотой, определяемой их толщиной и модулем упругости. Близкий контакт между нанопластинками внутри агрегата и между соседними агрегатами приводит к тому, что эти колебания когерентно связываются друг с другом. Таким образом, несмотря на разные размеры массивов, модулируется одна резонансная частота, причём в терагерцовой области.
По полученным данным процесс конверсии «зеленых» фотонов в терагерцовые очень эффективен. Выход конверсии фотонов составляет более 33%. Из-за сильного отличия энергии зеленых и терагерцевых фотонов выход конверсии мощности намного меньше и составляет 0.016%. Но этого все равно достаточно для генерации существенной мощности: команда наблюдала испускание непрерывного терагерцевого излучения мощностью несколько микроватт при освещении зеленым лазерным светом с мощностью в десятки милливатт.
Данные устройства весьма конкурентноспособны с существующими непрерывноволновыми источниками, такими как полупроводниковые фотосмесители, которые требуют двухцветный возбуждающий лазер. Кроме того, одностадийный процесс синтеза значительно упрощает их масштабное производство для промышленного применения.
