Сайт переехал physreal.com

Частота излучения при этом ограничена как сверху (из-за конечной скорости электронов в полупроводниках она не может быть больше » 0.5 ТГц), так и снизу (из-за термических эффектов не удается изготовить лазер с частотой менее » 2 ТГц). Предложено много различных способов, как заполнить так называемую "терагерцовую щель" (0.5¸2 ТГц), но до практической реализации дело так и не дошло. Одним из кандидатов в терагерцовые излучатели являются джозефсоновские контакты, которые представляют собой два сверхпроводника, разделенных тонким диэлектрическим барьером. Если к контакту приложить постоянное напряжение, то через него потечет переменный ток (нестационарный эффект Джозефсона), который является источником излучения с частотой ~ 1 ТГц. Но для практических целей мощность излучения от одного отдельно взятого джозефсоновского контакта очень мала (менее 1 нВт). Чтобы ее повысить, нужно научиться синхронизировать осцилляции тока сразу в большом количестве контактов. Если каждый контакт изготавливать "вручную", то эта задача трудно осуществима с чисто технологической точки зрения. Однако можно попробовать вместо искусственных джозефсоновских контактов использовать естественные – созданные самой Природой в слоистых высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) (см. рис.).

Схематическое изображение внутренних джозефсоновских контактов в ВТСП Bi₂Sr₂CaCu₂O₈. Сверхпроводящие слои CuO₂ выделены голубым цветом. Слои BiO и SrO играют роль туннельных барьеров.

 

В работе [1] группа ученых из США, Японии и Турции сообщила о регистрации непрерывного когерентного излучения с частотой до 0.85 ТГц от образца ВТСП Bi₂Sr₂CaCu₂O₈ толщиной » 1 мкм и поперечными размерами » 100 мкм при напряжении на нем » 1 В. Мощность излучения, измеренная с помощью болометра, составила 0.5 мкВт – на 4-5 порядков (!) больше, чем в предыдущих экспериментах с ВТСП, где использовались образцы существенно меньших размеров. Для синхронизации излучения разных контактов (число которых превысило 500) был использован тот же эффект, что и в лазерах: границы образца играли роль отражающих стенок резонатора, способствуя формированию макроскопического когерентного состояния. В отличие от других работ по терагерцовому излучению в ВТСП, развитая методика не требует наличия внешнего магнитного поля. Генерация излучения имеет место вплоть до
T » 50К, а оценка максимальной мощности использованного в работе устройства дает » 20 мкВт. Так как мощность излучения пропорциональна числу N джозефсоновских контактов (что было подтверждено экспериментально), то для ее дальнейшего повышения нужно увеличить N.

Оптимизация конструкции "ВТСП-генераторов" вкупе с разработкой квантовых каскадных лазеров позволит создать новые компактные твердотельные источники излучения и "замазать" наконец-таки терагерцовую щель.

1. .Ozyuzer et al., Science 318, 1291 (2007).