חומר מגנטי חדש שהתגלה באוניברסיטת טוהוקו יכול ליצור גלי טרה-הרץ בעוצמה גדולה משמעותית, ומציע קפיצת מדרגה בטכנולוגיות שונות, מהדמיה רפואית ועד אבטחה. קרדיט: twoday.co.il.com
ממוקמים בין גלי מיקרוגל לאור אינפרא אדום, גלי טרה-הרץ הם המפתח להתקדמות החלוצית בטכנולוגיות הדמיה ואבחון. גילוי שנערך לאחרונה באוניברסיטת טוהוקו של חומר שיכול לפלוט את הגלים הללו בצורה אינטנסיבית יותר מבטיח לזרז פריצות דרך משמעותיות על פני קשת של תעשיות.
גלי תרהרץ נחקרים באינטנסיביות על ידי חוקרים ברחבי העולם המבקשים להבין את "פער הטרהרץ". לגלי Terahertz יש תדר מסוים שמציב אותם איפשהו בין גלי מיקרו לאור אינפרא אדום. טווח זה מכונה "פער" מכיוון שהרבה לא ידוע על גלים אלה. למעשה, רק לאחרונה, יחסית, הצליחו חוקרים לפתח את הטכנולוגיה לייצר אותם. חוקרים מאוניברסיטת טוהוקו קירבו אותנו להבנת הגלים הללו ולמילוי פער הידע הזה.
פריצת דרך ב-Terahertz Wave Generation
חוקרים במכון המתקדם לחקר חומרים (WPI-AIMR) ובבית הספר לתואר שני להנדסה גילו חומר מגנטי חדש שיוצר גלי טרה-הרץ בעוצמה גבוהה פי ארבעה מזו של חומרים מגנטיים טיפוסיים.
תוך ניצול התכונות הייחודיות לגלי טרה-הרץ, טכנולוגיה זו צפויה לשמש במגוון תחומים תעשייתיים, לרבות הדמיה, אבחון רפואי, בדיקה ביטחונית וביוטכנולוגיה. עוזרת פרופסור רומה מנדל (WPI-AIMR) מסבירה, "גלי טרהרץ נמוכים פוטון אנרגיות ובניגוד לקרני רנטגן, הן אינן פולטות קרינה מייננת. לכן, אם הם משמשים להדמיית חולים או למיקרוסקופים, הם עשויים להזיק פחות לרקמות או לדגימות."
(א) מגנט Weyl: דיאגרמה סכמטית של גביש מסגסוגת קובלט-מנגן-גליום Heusler (Co2MnGa). (ב) גלי טרה-הרץ המושרים על ידי אור. קרדיט: שיגימי מיזוקמי
שיפור פליטת Terahertz עם מגנטים של Weyl
מתוך מחשבה על יישומים אלה, צוות חוקרים מאוניברסיטת טוהוקו שאף לפתח פולט גלי טרה-הרץ יעיל, קומפקטי, יציב וחסכוני. מגנטים של Weyl – סוג של חומר טופולוגי – הוכחו כמייצרים אפקט הול חריג עצום שהופך אותם למתאימים להפקת גלי טרה-הרץ. במחקר זה, דגימות סרט דק-גביש אחד של מגנט Weyl עשוי מהאוסלר קובלט-מנגן-גליום סַגסוֹגֶת הוכנו ונלמדו בתנאים שונים.
(א) גלי טרה-הרץ המושרים על ידי צילום שנוצרו ממגנט Weyl: סרט דק מסגסוגת קובלט-מנגן-גליום Heusler (Co2MnGa) שנצפה במחקר זה. (ב) אפקט הול חריג שנצפה בדגימת הסרט הדק המקביל. קרדיט: שיגימי מיזוקמי
העתיד של מחקר גלי תרהרץ
נמצא שאפקט הול האנומלי הענק שמקורו במבנה האלקטרוני הטופולוגי הייחודי למגנטים של Weyl הגביר את גלי הטרה-הרץ המושרים בצילום. הישג זה יעמיק את ההבנה שלנו לגבי משחק הגומלין של אור וספין במגנטים של Weyl.
"למרות שעוצמת גלי הטרה-הרץ הנוצרים עדיין נמוכה מזו של פולטי טרה-הרץ שפותחו עד כה", אומר פרופסור שיגמי מיזוקאמי, "המבנה פשוט יותר ואין צורך במתכות כבדות יקרות כמו פלטינה".
מנדל ועמיתיהם הצליחו להדגים בניסוי את יכולתו של החומר המגנטי הזה לייצר גלי טרה-הרץ, כך שניתן יהיה להשתמש בו במכשירי ספינטרוניקה ויישומים חשובים אחרים. תגלית כזו בתחום חדש שמתפתח עשויה לעצב את עתיד הטכנולוגיות של הדור הבא.
עבודה זו פורסמה ב NPG אסיה חומרים ב-7 ביוני 2024.
