محققان از یک تشدیدگر نوری-الکترونیکی برای افزایش حساسیت آشکارساز پالس الکترونی استفاده میکنند که ممکن است منجر به شناسایی فوق سریع الکترونیکی پروتئینها و مواد شود.
به گزارش تک ناک، دانشمندان دانشگاه تسوکوبا در ژاپن نشان داده اند که چگونه افزودن یک ساختار تشدید کننده کوچک به آشکارساز پالس الکترونی فوق سریع، شدت تابش تراهرتز مورد نیاز برای مشخص کردن مدت زمان پالس را کاهش می دهد.
برای مثال، برای مطالعه پروتئین ها هنگام تعیین مکانیسم های اعمال بیولوژیکی آنها محققان باید حرکت اتم های منفرد را در یک نمونه درک کنند. این دشوار است نه تنها به این دلیل که اتمها بسیار ریز هستند، بلکه به این دلیل که چنین بازآراییهایی معمولاً در پیکوثانیهها اتفاق میافتند، یعنی تریلیونم ثانیه.
یکی از روشهای بررسی این سیستمها این است که آنها را با یک انفجار فوقسریع نور لیزر برانگیخت و سپس فوراً آنها را با یک پالس الکترونی بسیار کوتاه کاوش کرد. بر اساس نحوه پراکندگی الکترون ها از نمونه به عنوان تابعی از زمان تاخیر بین پالس های لیزر و الکترون، محققان می توانند اطلاعات زیادی در مورد دینامیک اتمی به دست آورند. با این حال، مشخص کردن پالس الکترونی اولیه دشوار است و به تنظیمات پیچیده یا تابش THz با قدرت بالا نیاز است.
اکنون، تیمی از محققان دانشگاه تسوکوبا از یک تشدیدگر نوری برای تقویت میدان الکتریکی یک پالس نوری تراهرتز (THz) تولید شده با کریستال استفاده کردهاند که نور تراهرتز مورد نیاز را برای مشخص کردن مدت زمان پالس الکترون کاهش میدهد. تابش THz به پرتوهای نور با طول موج بین امواج مادون قرمز و مایکروویو اشاره دارد. پروفسور یوسوکه آراشیدا، یکی از نویسندگان این مقاله توضیح میدهد: تشخیص دقیق پالس الکترونی ضروری است، زیرا ماندگاری بیشتری دارد و کنترل آن در مقایسه با برانگیختن پرتو لیزر که اتمها را به حرکت در میآورد، معمولاً دشوارتر است.
مشابه اینکه اتاقی با آکوستیک مناسب میتواند درک صدا را تقویت کند، یک تشدیدگر نیز میتواند دامنه تابش THz را با طول موجهایی که با اندازه و شکل آن مطابقت دارد افزایش دهد. در این مورد، تیم از یک تشدید کننده پروانه ای شکل، که قبلا توسط یک گروه تحقیقاتی مستقل طراحی شده بود، برای متمرکز کردن انرژی پالس استفاده کرد. آنها از طریق شبیه سازی دریافتند که افزایش میدان الکتریکی در جایی متمرکز شده است که سر و دم پروانه قرار دارد. آنها دریافتند که می توانند طول پالس الکترون را تا بیش از یک پیکوثانیه با استفاده از روش خطی THz اندازه گیری کنند. این رویکرد از نور فرودی برای پخش پالس الکترون در جهت عمودی استفاده می کند و در نهایت یک رگه در دوربین با اطلاعات زمانی که اکنون در توزیع فضایی تصویر حاصل کدگذاری شده است، تشکیل می شود.
پروفسور ماساکی هادا، نویسنده ارشد این مقاله میگوید: اندازهگیریهای فوق سریع با استفاده از پالسهای الکترونی میتوانند پویایی ساختاری در سطح اتمی مولکولها یا مواد را نشان دهند که پس از برانگیختگی توسط لیزر آرام میشوند.
استفاده از این تشدید کننده با میدان THz ضعیف و شدت چند کیلوولت بر سانتی متر برای مشخص کردن پالس های الکترونی در مقیاس های زمانی پیکوثانیه کافی است. این کار ممکن است منجر به بررسی کارآمدتر حرکات سطح اتمی در مقیاسهای زمانی بسیار کوتاه شود که به طور بالقوه به مطالعه مولکولهای زیستی یا مواد صنعتی کمک میکند.
