Umělecké ztvárnění supratekuté vlny šířící se vrstevnatým supravodičem. Zdroj: Sampson Wilcox a Emily Theobald

Když zkoumáte materiál různým zářením, prozradí to různé věci. Viditelné záření prozkoumá povrch materiálu, rentgenové záření odhalí jeho vnitřní strukturu a infračervené záření zobrazí vyzařované teplo.

Nuh Gedik. Kredit: MIT.

Fyzici z MIT tomu dodali další level v podobě terahertzového záření. To je schopné zviditelnit kvantové vibrace v supravodivém materiálu, které nebyly až doposud pozorovatelné. Terahertzové záření představuje oblast elektromagnetického spektra mezi mikrovlnami a infračerveným zářením. Jeho frekvence se pohybuje zhruba mezi 0,1 až 10 THz, zatímco vlnová délka je zhruba 3 milimetry až 30 mikrometrů.

Terahertzové záření. Kredit: Tatoute, Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0.

Se zářením o takové frekvenci je možné studovat kvantové vibrace v supravodivém materiálu. Problém je ale vlnová délka, která je na taková pozorování příliš velká. Terahertzový paprsek přejede přes vzorek a vůbec neodhalí detaily. Nuh Gedik z MIT a jeho kolegové vyvinuli terahertzový mikroskop, který dokáže stlačit terahertzový paprsek natolik, že ho lze použít k pozorování zmíněných kvantových vibrací.

Badatelé použili zařízení k pozorování vzorku oxidu bizmutu, stroncia, vápníku a mědi (BSCCO), což je materiál, který je supravodivý při o něco vyšších teplotách než obvykle. S terahertzovým mikroskopem sledovali supratekutinu supravodivých elektronů, které se v materiálu BSCCO kolektivně chvěly na terahertzových frekvencích.

Díky terahertzovému mikroskopu mohou vědci lépe porozumět vlastnostem supravodivých materiálů a pokročit s jejich výzkumem. Rovněž mohou vystopovat další materiály, které vyzařují a přijímají terahertzové záření. Takové materiály by mohly stát základem budoucí bezdrátové komunikace založené na terahertzovém záření, možná podstatně výkonnější než je dnešní bezdrátová komunikace založená na mikrovlnném záření.

Video: JQI Seminar October 7, 2024: Nuh Gedik

Literatura

MIT News 4. 2. 2026.

Nature 650: 869–874.