ロシアの物理学者がテラヘルツパルスでアルミホイルを突き刺した

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ロシアの物理学者がテラヘルツパルスでアルミホイルを突き刺した
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Anonim
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ロシアの物理学者は、強力なテラヘルツ放射(1または2テラヘルツのオーダーの周波数)の短いパルスにさらされた結果、薄いアルミホイルがどのように破壊されるかを初めて見ました。さらに、彼らは一連のインパルスにさらされたときの骨折の形状をテストし、電歪を使用して観察されたパターンを説明しました。この記事はPhysicalReviewLettersに掲載されました。

電磁放射はいくつかの範囲に分けられ、周波数が異なり、特性も異なります。たとえば、マイクロ波放射(300メガヘルツから300ギガヘルツの周波数)は誘電体に吸収されやすいため、身体の非接触加熱によく使用されます。たとえば、家庭用電子レンジは約2.5ギガヘルツの周波数で動作します。同時に、量子特性がはるかに強く現れるX線放射は、物質をよりよく通過します。同時に、人は450(赤色光)から750(青色)テラヘルツまでの狭い範囲でのみ電磁放射を知覚できます。これは、700から400ナノメートルの波長にほぼ対応します。

最近、科学者はテラヘルツ放射を別のカテゴリに区別し始めました-赤外線とマイクロ波の範囲の間に位置する0.3から3テラヘルツの周波数の放射。このような放射線はほとんどの誘電体を自由に通過しますが、導電性材料(金属)によって強く吸収されます。この周波数範囲は現在活発に調査されています。物理学者にとって特に興味深いのは、オプトエレクトロニクスで使用される高強度のテラヘルツ放射です。

ロシア科学アカデミーの高温合同研究所とロシア科学アカデミーの原子力工学の安全な開発研究所の物理学者のグループは、学者ウラジミール・フォートフが率い、強力なテラヘルツ放射との相互作用の研究に焦点を当てました。案件。これを行うために、彼らは短いパルスの放射線をアルミホイルに向けました。その厚さは放射線の侵入深さ(つまり、スキン層の厚さ)に匹敵し、初めてホイルの破壊を達成しました。 。さらに、彼らは簡単なモデルを使用して観察された効果を説明しました。

科学者が使用した実験装置は次のようになりました。テラヘルツパルスは、周波数240テラヘルツ(波長1240ナノメートル)、持続時間100フェムト秒のレーザーパルスを光整流した結果として生成され、DSTMS結晶を通過しました。次に、得られた放射線は、2つの放物面鏡を使用して、ガラス基板に取り付けられたフォイルの表面の狭いスポットに集束され、パルスエネルギーフラックスは1平方センチメートルあたり300ミリジュールに達し、総パルスパワーは76マイクロジュールに達しました。最後に、焼成後、研究者は走査型電子顕微鏡を使用して放射線が集束された箔の領域を調べました。

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センチメートル四方あたり0、14(a-c)および0、30(d-f)ジュールの強度のパルスにさらされた後のフォイル領域の画像

その結果、物理学者は、パルスの強度が特定のしきい値を超えると、ホイルが破壊され、丸い「クレーター」がその中に現れることを発見しました。この場合、「クレーター」の面積は総パルスパワーに正比例することがわかり、これにより、しきい値I≈40マイクロジュールを決定することができます。このしきい値までは、箔が剥離して亀裂が入り始めますが、劣化は発生しません。このような破壊は、強力なテラヘルツ放射のバーストが伝導電子を「スイング」させ、そのエネルギーを結晶格子に伝達して膜を加熱するという事実によって説明できます。その結果、ホイルは急激に熱くなり、膨張して破損します。

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「クレーター」領域の総パルスパワーへの依存性

次に、科学者は、1つではない場合、フォイルに何が起こるかを確認しましたが、多くの連続したテラヘルツパルス(約100)が同じポイントに送信されました。この場合、「クレーター」のエッジは非常に引き裂かれ、「歯」(または著者がそれらを呼ぶように「チャネル」)はパルスの電界の方向に垂直に配置されていることが判明しました。この写真は、可視範囲のフラッシュによって引き起こされる破壊とは大きく異なります。さらに、「歯」の特徴的なサイズは、実験装置の特徴である電磁波と音波の両方の長さとは異なります。

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強度0.08ジュール/平方センチメートル(a-c)の600パルスまたは強度0.24(a-c)ジュール/平方センチメートルの60パルスに連続して露光した後の箔領域の画像

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センチメートル四方あたり60ミリジュールの強度の単一のレーザーパルスまたはセンチメートル四方あたり50ミリジュールの強度の複数(N = 100)パルスにさらされた後のフォイル領域の画像。レーザー波長800ナノメートル

科学者たちは、電場が印加されたときの物質の直線寸法の変化である電歪現象のメカニズムを使用して、この挙動を説明することを提案しています。このため、電界は材料に完全に浸透して電流を誘導する時間が必要です。つまり、電界の振動周波数と電子と格子の衝突間の平均時間の積は1よりはるかに短い必要があります。 :ωτc≪ 1.確かに、この実験では、ω〜10-12およびτc〜10-14です。以前は、このメカニズムは金属薄膜では観察されませんでした。

昨年12月、ロシア、チェコ共和国、ドイツの科学者が、細菌Shewanella oneidensisの電気的特性を調査し、前世紀の終わりに開発されたJonsherモデルを使用してアモルファス体を説明できることを示しました。そして2016年9月、私たちはアメリカの科学者がテラヘルツ放射を使って閉じた本を読むことをどのように学んだかについて書きました。

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