Emisión ultrarrápida de terahercios de materiales fracturados y coherentes – Revisión de Eurasia

En un nuevo artículo publicado en la revista Luz: ciencia y aplicaciones, un equipo de científicos dirigido por Hu Tong Chen del Centro de Nanotecnologías Integradas del Laboratorio Nacional de Los Álamos, revisa una selección de estudios recientes que han utilizado la espectroscopia de emisión de terahercios (THz) para revelar las propiedades fundamentales y los comportamientos dinámicos complejos de los materiales emergentes. Estos incluyen materiales cuánticos como superconductores e imanes, así como materiales de baja dimensión como grafeno y nanoestructuras metálicas.

«Aunque hay una amplia variedad de espectroscopia óptica no lineal disponible, la emisión de terahercios le permite investigar las propiedades y dinámicas de los materiales que pueden permanecer ocultas a otras técnicas», dijo Jacob Peten, uno de los coautores principales del artículo. «Así que este método se ha vuelto muy importante para el interrogatorio de nuevos materiales».

El concepto central de la espectroscopia de emisión de THz es rectificar campos ópticos de alta frecuencia en campos de baja frecuencia, similar a la rectificación requerida para convertir corrientes alternas (CA) de una pared en corrientes direccionales (CC) que pueden alimentar dispositivos o cargar baterías. Detrás de cualquier proceso de corrección está la ruptura de la simetría, a menudo simetría de inversión/espejo espacial, aunque romper la simetría de inversión del tiempo se vuelve clave en los sistemas magnéticos.

«En un nivel fundamental, la emisión de radiación de terahercios requiere algún tipo de direccionalidad en su material, en el espacio y/o el tiempo», señaló el coautor principal Nicholas Sirica. «Entonces, si apaga cualquier luz de terahercios, inmediatamente le dice algo sobre la simetría del sistema».

El coautor principal, Prashant Padmanabhan, agregó: «Luego, puede obtener información detallada sobre la estructura de los materiales, las propiedades electrónicas y magnéticas y las interacciones luz-materia al medir el campo THz emitido en respuesta a la polarización, frecuencia o amplitud de la luz incidente. «

Un tema complementario explorado en la revisión es la interacción entre la estructura intrínseca (es decir, la red atómica) y la estructuración extrínseca (sintética/nano), donde la estructuración sintética puede introducir nuevas simetrías y mejorar las respuestas de THz existentes que, de otro modo, podrían ser débiles o estar prohibidas en estructuras intrínsecas/nano. grandes materiales. Hasta la fecha, la atención se ha centrado principalmente en investigar (i) las propiedades intrincadas y complejas de los materiales cuánticos emergentes, o (ii) los comportamientos complejos que pueden ocurrir en formas de baja dimensión/nanoescala de metales, semimetales o semiconductores relativamente simples. Uno de los objetivos de esta revisión es resaltar las oportunidades en la intersección de estas ideas.

«En este documento de revisión, nuestro objetivo es proporcionar una descripción general de las plataformas y los mecanismos subyacentes explorados hasta ahora a través de las emisiones de THz», señaló Chen. «También estamos tratando de resaltar las oportunidades para modelar tales simetrías en las interacciones materia-luz-materia en sistemas artificiales estructurados, como las metasuperficies plasmónicas».

La interacción entre la estructura material intrínseca, extrínseca e híbrida puede estimular el descubrimiento de propiedades y fenómenos exóticos que van más allá de los modelos materiales existentes, sugiere el artículo.

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