(Phys.org) — Illuminando una sottile pellicola d'acqua con impulsi laser ultracorti, i fisici hanno dimostrato che l'acqua liquida può generare onde terahertz (THz), attualmente in fase di ricerca per applicazioni come la trasmissione dati wireless, controllo qualità industriale, e imaging ad alta risoluzione con la capacità di penetrazione.

I ricercatori, guidato da Xi-Cheng Zhang, il M. Parker Givens Professor presso l'Institute of Optics dell'Università di Rochester a New York, così come alla Capital Normal University di Pechino e all'ITMO University di San Pietroburgo, Russia, hanno pubblicato un articolo sulla generazione di onde THz dall'acqua in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

Il risultato è sorprendente perché l'acqua sfusa è un forte assorbitore di luce nella gamma di frequenze THz, e così per molto tempo è sembrato molto improbabile che l'acqua liquida potesse servire come fonte di radiazioni THz. I ricercatori hanno precedentemente dimostrato, però, che l'acqua può emettere luce ad altre frequenze, compresa la luce bianca, e che il vapore acqueo può emettere onde THz. La chiave per ottenere acqua liquida per generare onde THz, come mostrano gli scienziati nel nuovo studio, consiste nell'utilizzare una pellicola d'acqua molto sottile (spessore meno di 200 μm).

"Anche se in questo momento potrebbe essere troppo presto per prevedere eventuali applicazioni industriali o commerciali per il nostro lavoro, Penso che fornisca l'ultimo pezzo del puzzle, " Zhang ha detto Phys.org . "Solido, gas, e plasma sono già stati utilizzati per generare onde THz, ma non liquido. Con liquido, soprattutto acqua, quattro stati della materia sono stati ora utilizzati come sorgenti THz."

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno focalizzato gli impulsi laser a femtosecondi (che hanno una durata dell'ordine di un picosecondo, o 10 ^-12 secondi) all'interno della pellicola d'acqua. Gli impulsi laser creano un plasma nel film d'acqua, che ionizza le molecole d'acqua, generazione di elettroni liberi, ed eventualmente emettendo radiazioni THz.

Ricerche precedenti hanno dimostrato che le onde THz possono essere generate da diverse altre fonti, compreso il plasma ad aria. Però, gli scienziati nel nuovo studio hanno scoperto che la radiazione THz dell'acqua presenta caratteristiche molto diverse rispetto alla radiazione THz del plasma dell'aria. Per esempio, una maggiore durata dell'impulso laser aumenta la quantità di energia di radiazione THz generata dall'acqua, ma per il plasma d'aria è vero il contrario:un impulso più breve aumenta la radiazione THz. Gli scienziati hanno anche scoperto che, quando posizionato lontano dal normale angolo di incidenza dell'eccitazione ottica, la forza della radiazione THz dall'acqua dipende dalla polarizzazione del raggio laser, mentre la radiazione THz dal plasma d'aria è indipendente dalla polarizzazione.

I ricercatori spiegano che queste osservazioni non possono essere completamente spiegate dall'attuale comprensione dei fisici dei meccanismi coinvolti nella generazione delle onde THz. Si aspettano che ulteriori indagini sulle interazioni laser-acqua portino a una migliore comprensione della fisica dietro le nuove osservazioni, ed eventualmente a nuove applicazioni.

"L'acqua è l'elemento più importante nel corpo umano e sulla nostra terra, " Zhang ha detto. "Utilizzare l'acqua per generare onde THz è un passo verso la comprensione del ruolo dell'acqua in questa gamma di frequenze. In precedenza, abbiamo cercato di evitare l'acqua nella maggior parte delle applicazioni THz. Ora probabilmente utilizzeremo l'acqua per la generazione di intense onde THz".

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