Un team di ricercatori guidato da Hideo Hosono del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) ha dimostrato che i raggi terahertz possono essere convertiti in luce visibile all'occhio umano. La scoperta è una svolta per la ricerca sui materiali funzionali e potrebbe portare allo sviluppo di un nuovo tipo di rilevatore di terahertz.

Gli scienziati hanno visualizzato con successo la radiazione terahertz, popolarmente conosciuti come raggi T, utilizzando un cristallo chiamato mayenite (Ca ₁₂ Al ₁₄ oh ₃₃ ). Il loro metodo utilizza abilmente il movimento sferragliante causato dalla vibrazione degli ioni di ossigeno all'interno delle strutture a gabbia del cristallo.

Negli ultimi anni, c'è stato un crescente interesse nello sviluppo di dispositivi pratici basati sulla tecnologia terahertz. Con lunghezze d'onda più lunghe della luce infrarossa, I raggi T sono considerati più sicuri dei sistemi di imaging convenzionali. sono già usati, Per esempio, ai controlli di sicurezza aeroportuali, e stanno iniziando ad essere utilizzati più ampiamente in aree come lo screening medico, ispezione degli alimenti e analisi delle opere d'arte. La visualizzazione della luce terahertz stessa, però, si è rivelato finora impegnativo.

Ora, Hideo Hosono del Centro di ricerca sui materiali per la strategia degli elementi, Tokyo Tech e collaboratori in Giappone, L'Ucraina e gli Stati Uniti hanno escogitato un approccio semplice per convertire i raggi T in luminosi, luce visibile. I loro risultati sono stati pubblicati in ACS Nano .

Primo, lo studio prevedeva la trasmissione di raggi T sul cristallo di mayenite utilizzando un girotrone. Ciò ha portato alla vibrazione degli anioni di ossigeno, che si scontrano con le pareti interne delle gabbie all'interno del cristallo. Ogni gabbia ha un diametro interno di 0,4 nanometri e un diametro esterno di 0,7 nanometri.

"Il tintinnio degli ioni di ossigeno all'interno delle gabbie favorisce la conversione dell'energia verso l'alto, " Hosono spiega. "Forti e frequenti collisioni degli ioni di ossigeno inducono il trasferimento di elettroni alle vicine gabbie vuote. L'eccitazione degli ioni di ossigeno è la chiave per l'emissione di luce visibile".

Le misurazioni spettroscopiche hanno confermato che la luce visibile ha avuto origine dalle vibrazioni causate dagli anioni di ossigeno in movimento libero. I ricercatori si sono preoccupati di escludere la possibilità di altre fonti come la radiazione del corpo nero e la polarizzazione della superficie come ragioni alla base della produzione di luce visibile.

Lo studio è un esempio di ricerca strategica sui materiali funzionali nell'ambito dell'iniziativa Element Strategy sostenuta dal Ministero dell'Istruzione giapponese, Cultura, Gli sport, Science and Technology (MEXT) e la Japan Science and Technology Agency (JST).

"Il cristallo nel nostro studio è composto solo da calcio, alluminio e ossigeno, tutti tra i primi cinque degli elementi più abbondanti, " dice Hosono. "Allora, è uno dei materiali più economici, a circa 15 centesimi al chilogrammo."

Nonostante la sua semplicità, Hosono afferma che il cristallo ha molte proprietà eccitanti grazie alla sua nanostruttura. Attingendo a 20 anni di ricerca, il suo gruppo è già riuscito a dimostrare che il materiale ha eccellenti proprietà catalitiche per la sintesi dell'ammoniaca e la superconduttività.

Meglio conosciuto per il suo lavoro pionieristico sui superconduttori a base di ferro, Hosono afferma che l'attuale studio segna una nuova direzione di ricerca. "Il nostro gruppo si è concentrato sulla coltivazione di nuove funzionalità utilizzando elementi abbondanti, ma è la prima volta che mi concentro sul movimento ionico:è completamente nuovo, " lui dice.

I risultati potrebbero portare allo sviluppo di un rilevatore di raggi T, poiché nessun rivelatore convenzionale di questo tipo è stato ancora progettato.

Hosono aggiunge:"In questo momento, il nostro materiale è in grado di rilevare forti radiazioni terahertz. La sfida sarà come regolare la sensibilità".

Il suo gruppo ha anche riferito che gli anioni di ossigeno possono essere sostituiti con anioni d'oro o di idrogeno all'interno delle gabbie. Facendo uso di questi diversi anioni, in futuro potrebbe essere possibile sviluppare rivelatori che emettano luce di colore diverso.