공감되는 메시지 날짜: 2022년 12월 15일 원천: 쓰쿠바대학 요약: 연구원들은 전자 빔 펄스의 초고속 측정 감도를 향상시키기 위해 작은 나비 모양의 광학 공진기를 만들었습니다. 그들은 향상된 기능으로 인해 재료 과학 실험에서 덜 강한 전기장이 사용되어 샘플에서 원자의 구조적 역학 특성을 파악하는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다.
Tsukuba 대학의 연구원들은 초고속 전자 펄스 검출기에 작은 공진기 구조를 추가하여 펄스 지속 시간을 특성화하는 데 필요한 테라헤르츠 방사선의 강도를 줄이는 방법을 보여주었습니다.
예를 들어 단백질의 생물학적 작용 메커니즘을 결정할 때와 같이 단백질을 연구하려면 샘플 내 개별 원자의 움직임을 이해할 필요가 있습니다. 이것은 원자가 너무 작을 뿐만 아니라 그러한 재배열이 일반적으로 피코초, 즉 1조분의 1초 내에 발생하기 때문에 어렵습니다.
이러한 시스템을 검사하는 한 가지 방법은 초고속 레이저 광선으로 시스템을 여기시킨 다음 매우 짧은 전자 펄스로 즉시 조사하는 것입니다. 레이저와 전자 펄스 사이의 지연 시간의 함수로서 전자가 샘플에서 산란되는 방식을 기반으로 연구자들은 원자 역학에 대한 많은 정보를 얻을 수 있습니다. 그러나 초기 전자 펄스를 특성화하는 것은 어렵고 복잡한 설정 또는 고전력 THz 방사선이 필요합니다.
이제 Tsukuba 대학의 연구팀은 광학 공진기를 사용하여 수정으로 생성된 테라헤르츠(THz) 광 펄스의 전기장을 강화하여 전자 펄스의 지속 시간을 특성화하는 데 필요한 THz 광을 줄였습니다. THz 방사선은 적외선과 마이크로파 사이의 파장을 가진 광선을 말합니다. 공동 저자인 Yusuke Arashida 교수는 "프로브 전자 펄스의 정확한 특성화가 필수적입니다. 왜냐하면 그것은 더 오래 지속되고 일반적으로 원자를 움직이기 시작하는 여기 레이저 빔과 비교하여 제어하기가 더 어렵기 때문입니다."라고 공동 저자인 Yusuke Arashida 교수는 설명합니다.
적절한 음향을 갖춘 방이 소리의 인식을 증폭할 수 있는 것과 마찬가지로 공진기는 크기와 모양에 맞는 파장으로 THz 방사의 진폭을 향상시킬 수 있습니다. 이 경우 연구팀은 이전에 독립적인 연구 그룹에서 설계한 나비 모양의 공진기를 사용하여 펄스의 에너지를 집중시켰다. 시뮬레이션을 통해 그들은 나비의 "머리"와 "꼬리"가 있을 곳에 전기장 강화가 집중되어 있음을 발견했습니다. 그들은 THz 스트리킹 방법을 사용하여 최대 1피코초 이상의 전자 펄스 지속 시간을 측정할 수 있음을 발견했습니다. 이 접근법은 수직 방향을 따라 전자 펄스를 퍼뜨리기 위해 입사광을 사용합니다. "줄무늬" 카메라 내부는 이제 결과 이미지의 공간 분포로 인코딩된 시간 정보로 형성됩니다. "전자 펄스를 사용하는 초고속 측정은 분자 또는 물질이 레이저에 의해 여기된 후 이완될 때 원자 수준의 구조 역학을 보여줄 수 있습니다."라고 수석 저자인 Masaki Hada 교수는 말했습니다.
약한 THz 필드와 몇 kV/cm의 강도를 가진 이 공진기를 사용하면 피코초 시간 척도에서 전자 펄스를 특성화하는 데 충분한 것으로 나타났습니다. 이 작업은 매우 짧은 시간에 원자 수준의 움직임을 보다 효율적으로 조사할 수 있게 하여 잠재적으로 생체 분자 또는 산업 재료 연구에 도움이 될 수 있습니다.