Новые терагерцовые приборы ночного видения позволяют видеть сквозь стены и человеческую кожу

За время эволюции люди выработали способность видеть определенный диапазон длин волн на очень серьезных основаниях — в нём сосредоточена большая часть полезной информации о нашем физическом земном мире. Человечество также разработало впечатляющий набор инструментов, который позволяет видеть мир на разных частотах света —  в рентгеновском диапазоне, используемом в радиографии, или в миллиметровом, позволяющем видеть через одежду (в этом диапазоне работают сканеры в аэропортах).

Терагерцовое излучение, лежащее между микроволновым инфракрасным излучением (известное также как Т-лучи), даёт возможность прощупать невидимый мир ещё глубже — увидеть то, что происходит не только под одеждой, но даже под кожей, пластиками, картоном и другими непрозрачными материалами.

Практическое применение Т-лучей до сих пор ограничивалось требованием очень низких рабочих температур — порядка – 269 градусов Цельсия, что создавало большие технические трудности. Однако команда исследователей из Университета штата Мэриленд (UMD) утверждает, что им удалось решить эту проблему.

Известно, что Т-излучение является неионизирующим, т.е. электроны, поглощая это излучение, не в состоянии излучить квант света, чтобы перейти из возбуждённого состояния в обычное. Это является фундаментальным препятствием использования Т-лучей для получения изображений. Однако исследователи нашли новый способ решения этой проблемы – графен.

Графен ведёт себя немного странно, когда используется в составе детектора Т-лучей. Высокочастотные волны поглощаются электронами графена, но вместо нагревания решетки, возбуждённые электроны отказываются поделиться с ней новой энергией. «Свет поглощается электронами в графене, которые нагреваются, но не теряют свою энергию. Таким образом, они остаются горячими, в то время как атомная решетка углерода остается холодной» — говорит Деннис Дрю, профессор физики UMD.

При этом возникает так называемая фототермоэлектроэмиссия «горячих электронов», и, покидая графен, они создают ток. Этот ток, поступающий от детектора из графенового материала, обеспечивает сигнал, который может быть интерпретирован в виде образов.

Т-лучи могут видеть сквозь большинство материалов, им достаточно просто добраться до нужного слоя. Терагерцовое излучение менее губительно для биологической ткани, чем рентгеновские лучи, и может применяться для визуализации распределения специфических белков или воды в тканях, или скрытых слоёв металла в полупроводниках.