Con una lunghezza d'onda di circa mezzo millimetro, La radiazione terahertz colma il divario tra la luce visibile e le onde radio. Questa radiazione si presta molto bene alla misurazione approfondita delle proprietà elettriche di nuovi materiali, come ha dimostrato il dottorando Niels van Hoof. Ha contribuito a costruire un microscopio terahertz unico che può essere azionato completamente da remoto, a portata di mano in caso di pandemia.

Dal punto di vista scientifico, la radiazione terahertz è una cosa strana:intrappolata tra l'infanzia e l'età adulta, potresti dire. O meglio, le sue onde sono troppo corte per l'ingegneria elettrica e troppo lunghe per la fisica. In vista di questo, fisico Niels van Hoof, che ha svolto il suo lavoro di dottorato nel gruppo Surface Photonics guidato da Jaime Gómez Rivas (Fisica Applicata), era anche in contatto con il gruppo guidato dalla professoressa Marion Matters di Ingegneria Elettrica.

"I due gruppi hanno anche creato uno spin-off insieme, TeraNova, " dice. "L'azienda sta gestendo il lancio commerciale del microscopio terahertz che abbiamo sviluppato." L'impollinazione incrociata tra i due gruppi sanguigni, ognuno con il suo gergo, rende particolarmente interessante il campo specialistico delle radiazioni terahertz, trova Van Hoof.

Scanner del corpo

Oltre il laboratorio, Le radiazioni terahertz sono note principalmente in relazione ai body scanner utilizzati negli aeroporti. Molti oggetti sono trasparenti alla radiazione terahertz, spiega il dottorando. "Ma i metalli si comportano come uno specchio perfetto per questa radiazione perché conducono elettricità. Questo rende le radiazioni terahertz altamente adatte per rilevare le armi".

Questa sensibilità alla conduttività elettrica aggiunge un'altra applicazione al portafoglio di radiazioni terahertz:lo studio di materiali appena prodotti in laboratorio. Pensa a tutti i tipi di strutture fantasiose come i nanofili, che in virtù della loro particolare forma e composizione presentano particolari proprietà elettromagnetiche.

Per analizzare questi nuovi materiali, dobbiamo ingrandire, com'era, sull'oggetto. Questo può essere fatto usando una tecnica chiamata spettroscopia di campo vicino, un metodo che è stato utilizzato con successo in microscopia ottica per mezzo secolo. Qui, vengono rese visibili strutture più piccole della lunghezza d'onda della luce utilizzata.

Superficie

"Applicando questa tecnica alla radiazione terahertz possiamo rilevare i campi elettrici sulla superficie delle strutture che sono molto più piccoli della lunghezza d'onda della radiazione, " spiega Van Hoof. "Questo ci consente di ottenere una risoluzione compresa tra tre e dieci micrometri." Nella configurazione di misurazione il campione si muove oltre un rivelatore a passi di dieci micrometri mentre viene illuminato da impulsi di radiazione terahertz. "Questo ci consente di misurare il campo elettrico locale in funzione del tempo. Usiamo queste informazioni per capire perché il materiale si comporta in un certo modo".

Misurazioni come questa sono quasi impossibili da eseguire con la luce visibile, dice il fisico. "Nel dominio ottico non hai altra scelta che simulare il comportamento, mentre possiamo effettivamente misurarlo. La cosa bella del sistema è che è scalabile; questo significa che quando si lavora con strutture più piccole e le frequenze corrispondentemente più alte è possibile, in linea di principio, aspettati lo stesso comportamento. E così le nostre misurazioni effettuate con il microscopio terahertz sono rilevanti anche per altre parti dello spettro elettromagnetico".

Impulso laser

Un campo di indagine ha coinvolto Van Hoof nello studio di una serie di materiali, compreso uno fatto di nanofili d'argento a trama larga. "A buon mercato, elettrodi trasparenti potrebbero essere realizzati con questo materiale, per l'uso in, dire, celle solari di plastica flessibili, " spiega. "Anche se non possiamo vedere nessun singolo nanofilo con il nostro microscopio, possiamo determinare le proprietà elettriche rilevanti. Ho lavorato con DIFFER su questo; fanno questo tipo di materiali."

Come secondo campo di indagine ha studiato la purezza del materiale semiconduttore. "Puoi stabilire questa purezza misurando per quanto tempo il materiale rimane conduttivo dopo averlo colpito con un corto, intenso impulso di luce laser. Più lungo è il tempo, più puro è il materiale. Si tratta di informazioni interessanti per l'industria dei semiconduttori. Abbiamo escogitato un modo per farlo senza che l'impulso laser danneggi il rilevatore. Questo è così unico che è stato concesso un brevetto".

Funzionamento a distanza

Allo stesso modo unico è il fatto che la configurazione di misurazione costruita da Van Hoof può essere gestita completamente da remoto, su Internet. Come spiegato nel cortometraggio qui sotto, questo si è rivelato molto utile durante l'ultima fase della sua ricerca; Dopotutto, questo ha coinciso con i blocchi durante la pandemia di corona.