「高温」テラヘルツレーザーが出てきます：セキュリティチェックに使用できるだけでなく、がんの監視にも使用できます

人間が電磁波を発見して以来、携帯電話のスキャンから印刷技術まで、赤外線から紫外線までのほとんどの電磁スペクトルをカバーするさまざまなアプリケーションが開発されてきました。 ただし、これに加えて、まだ適用されていない別の重要な領域があります。それはテラヘルツ帯域です。

テラヘルツ（テラヘルツ、THz）は、変動周波数単位の1つであり、テラヘルツまたはテラヘルツとも呼ばれます。 1THz = 1x10 ^ 12Hz、通常は電磁波の周波数を示すために使用されます。

テラヘルツ波とは、周波数が0.1〜10 THz（波長3000〜30μm）の電磁波で、長波帯ではミリ波、短波帯では赤外光と一致します。巨視的な古典理論から微視的な量子論へ。遷移ゾーンは、電磁スペクトルの「THzギャップ」と呼ばれる、電子機器からフォトニクスへの遷移ゾーンでもあります。

テラヘルツ波帯は、半導体、プラズマ、生物、および生物学的高分子の特徴的なスペクトルをカバーできます。この周波数帯を使用すると、物理学、化学、天文学、情報学、生命科学におけるいくつかの基本的な科学的問題に対する人間の理解を深め、拡大することができます。 。 この技術は、レーダー、リモートセンシング、国土安全保障とテロ対策、機密データの通信と送信、大気と環境の監視、リアルタイムの生物学的情報の抽出、および医療診断で広く使用できます。

しかし残念ながら、この技術は現在実装されておらず、リアルタイムイメージングと高速スペクトル測定に十分なテラヘルツ放射には、-73.15°C以下の温度が必要です。 これらの温度は、かさばる機器でのみ達成でき、実験室環境外でのこのテクノロジーの適用を制限します。

しかし最近、マサチューセッツ工科大学とウォータールー大学の研究者は、実験室の外でテラヘルツ放射を生成できる高出力のポータブル量子カスケードレーザーを開発しました。

研究結果は、ジャーナルNaturePhotonicsに掲載されました。

研究を主導したマサチューセッツ工科大学の電気工学とコンピューターサイエンスの教授であるHuQing（transliteration）と彼のチームは、彼らのテラヘルツ量子カスケードレーザーは-23.15°Cまでの温度で動作できると述べました。小型のポータブルクーラーはテラヘルツ放射を発生させる可能性があります。

テラヘルツ量子カスケードレーザーは、チップに埋め込まれた小型半導体レーザーであり、イタリアとイギリスの研究者によって2002年に最初に発明されました。ただし、作業環境温度を-73.15℃以上に上げることは非常に困難です。研究者が温度を-63.15°Cに上げたのは2009年まででした。

この研究は再び温度を上げます。チームはレーザーの層状構造をより正確に調整し（難易度、一部の層はわずか7原子の厚さ）、基本的に適用の可能性がある摂氏マイナス20度に達しました。

イタリア国立研究評議会のナノサイエンス研究所の物性物理学者であるミリアム・ビティエッロは、次のようにコメントしています。「これは素晴らしい成果です。テラヘルツレーザーの（動作）温度の上昇は、常に長期的な目標でした。学術コミュニティ」。

これらのレーザーはわずか数ミリメートルの長さで、注意深く調整された井戸と障壁を備えた量子井戸構造を持っています。 この構造では、電子は一種のはしごに沿って「カスケード」し、各ステップで軽い粒子または光子を放出します。

動作温度を上げることに加えて、この研究の2番目の革新は、高温で上昇する傾向がある電子漏れを防ぐために、レーザー内部のバリアの高さを2倍にすることです。 一般的に言えば、バリア電子の漏れはシステムをクラッシュさせます。

そのため、チームは、電子をより適切に閉じ込めることを期待して、レーザーのアルミニウムガリウムヒ素バリア層にアルミニウムを追加しました。 チームはまた、電子が何らかの方法で相互作用して、アルミニウムガリウムヒ素バリアから漏れるのを防ぐ必要があります。

この研究の結果は、テラヘルツ検出器と連携して機能し、生検なしで皮膚がんと正常組織を区別したり、貨物、違法薬物、その他の危険物に隠された爆発物を検出したりできるテラヘルツイメージャなどの技術の出現を促進する可能性があります。