Новый терагерцовый микроскоп, разработанный в MIT, позволил напрямую наблюдать коллективное движение электронов в сверхпроводнике. Это достижение открывает путь к созданию новых материалов для электроники и сверхскоростной связи.
Терагерцовое излучение, занимающее диапазон между инфракрасным светом и микроволнами, колеблется триллион раз в секунду. Эта частота совпадает с естественными вибрациями электронов и атомов в материалах. Однако длина волны такого излучения составляет сотни микрометров, что из-за дифракционного предела не позволяло фокусировать его на микроскопических объектах — луч просто «обтекал» образец.
Команде MIT удалось преодолеть это ограничение. Они использовали спинтронные эмиттеры — многослойные структуры, генерирующие короткие терагерцовые импульсы под действием лазера. Образец размещался в непосредственной близости от эмиттера, что позволяло захватывать свет до его рассеяния и сжимать пятно излучения до субмикронных размеров. Для защиты образца и выделения чистого терагерцового сигнала была применена система отражающих пленок — зеркало Брэгга.
В эксперименте исследователи изучали высокотемпературный сверхпроводник на основе оксида висмута-стронция-кальция-меди, охлажденный почти до абсолютного нуля. Направленный на образец терагерцовый луч визуализировал коллективные когерентные колебания сверхпроводящих электронов, существовавшие ранее лишь в теоретических моделях.
Прямое наблюдение за поведением электронов в сверхпроводниках может приблизить создание материалов, сохраняющих сверхпроводящие свойства при комнатной температуре. Кроме того, терагерцовый диапазон рассматривается как основа для сверхскоростной беспроводной связи, и новый микроскоп предоставляет инструмент для исследования материалов будущих коммуникационных устройств.