Światło z dźwięku

Mark Fromhold wraz z zespołem z University of Nottingham opracował teoretyczny model pokazujący, w jaki sposób urządzenia półprzewodnikowe mogą zamieniać dźwięk w światło o częstotliwości liczonej w terahercach. Takie światło umożliwia wykrywanie np. raka skóry zanim jeszcze ujawni się on na powierzchni. Przyda się ono również w systemach bezpieczeństwa.

Emisja terahercowa mieści się pomiędzy podczerwienią a mikrofalami. Fale takie przechodzą przez tworzywa sztuczne i włókna naturalne, ale są odbijane przez materiały wybuchowe i metal. Mogą zatem zastąpić kontrowersyjne skanery wykorzystywane obecnie na niektórych lotniskach, a pokazujące dokładny zarys ciała człowieka. Fale terahercowe reagują też na zmiany w tkankach wywołane np. rozwijającym się nowotworem.

Brytyjscy naukowcy pokazali matematyczny model tego, co dzieje się, gdy kryształy składające się z naprzemiennych warstw dwóch półprzewodników (np. arsenku galu i arsenku glinowo-galowego) zostaną poddane działaniu fali dźwiękowej o częstotliwości około 60 GHz.

W takich warunkach pojawia się skompresowana fala, która rozprzestrzenia się w krysztale, wyłapuje wolne elektrony i je ze sobą unosi. Jednak gdy amplituda fali przekracza pewną wartość to, jak wynika z opracowanego właśnie modelu, elektrony są uwalniane przez falę i zaczynają oscylować wokół siatki krystalicznej. Pojawia się zjawisko zwane oscylacjami Blocha, które jest zwykle obserwowane po przyłożeniu napięcia do kryształu.

Oscylujące elektrony działają jak dipole i emitują fotony o terahercowej częstotliwości.

Urządzenie wykorzystujące opisany przez Fromholda model musiałoby używać źródła dźwięku o wysokiej częstotliwości. Takie źródło już powstało i jest nim wynaleziony niedawno saser.

Najpoważniejszą przeszkodą w praktycznym zastosowaniu modelu Fremholda jest fakt, że używany półprzewodnik musi być schłodzony do temperatury 4,2 kelwinów, gdyż tylko to daje pewność, iż w półprzewodniku nie pojawią się wibracje spowodowane temperaturą, co zniszczyłoby oscylacje Blocha.

Prace Brytyjczyków chwali Arkadii Krokhin z University of North Texas: Wyliczenia są piękne. Pomysł zupełnie nowy. Nigdy nie słyszałem o zamienianiu dźwięku w terahercowe światło.

Mark Fromhold dźwięk światło saser oscylacje Blocha nowotwór