Az elektromágneses spektrum terahertzes tartománya kiemelkedő fontossággal bír számos tudományos és technológiai terület fejlődésében, hiszen egyedülálló módon képes anyagokat molekuláris és atomi szinten vizsgálni és manipulálni. A terahertzes sugárzás hagyományosan az infravörös fénynél hosszabb, de a mikrohullámú sugárzásnál rövidebb hullámhosszúságú tartományt jelöli. A látható fénnyel szemben a terahertzes sugárzás sérülés nélkül áthatol olyan anyagokon, mint a műanyagok, textíliák vagy akár a biológiai szövetek, így nélkülözhetetlen eszközzé vált a képalkotásban, spektroszkópiában, nemzetbiztonságban és az anyagvizsgálatok területén. Ráadásul ezek a fényforrások alapvető fontosságúak a nagysebességű vezeték nélküli kommunikációs rendszerek és a kvantumszámítógépek fejlesztésében, ahol a kvantumállapotok pontos vezérlése elengedhetetlen. A terahertzes hullámok generálása és manipulálása új lehetőségeket nyit meg az orvosi diagnosztikában, biztonsági szűrésekben, valamint a szilárdtestfizikai alapkutatásokban, ezzel tovább ösztönözve az innovációt ezeken a területeken.
Azonban a THz-es sugárzás generálása és kontrollálása technikailag kihívást jelent az ún. "THz rés" miatt—ez a mikrohullámú és infravörös elektromágneses spektrum közötti tartományt jelöli, ahol a hagyományos technikák egyre kevésbé hatékonyak. A THz-rés kitöltése rés bonyolult és gyakran költséges berendezéseket igényel, például nagy teljesítményű lézereket és specializált nemlineáris anyagokat. Ennek eredményeként Ezért a THz fényforrások ritkák és nehezen fejleszthetők, ami miatt a hatékony és hozzáférhető THz technológia keresése stratégiai kritikus fontosságú kutatási és fejlesztési terület. Ez különösen igaz az ún. koherens THz-es forrásokra, melyek hasonlóan viselkednek, mint a lézerek, azaz közel monokromatikus és hasonló tulajdonságú fotonokat bocsájtanak ki. Éppen a lézerekkel (LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) való hasonlóságuk miatt az ilyen forrásokat TASER-eknek, magyarul tézereknek nevezik.
Erre a problémára kerestek megoldást az itt ismertetett közlemény szerzői új anyagok vizsszgálatával. A rangos, Science Advances folyóiratban publikált közleményben megmutatták, hogy a nitrogénnel adalékolt gyémántban nagy mágneses tér és külső optikai besugárzás hatására olyan energiaszerkezet hozható létre, amely a lézerekhez hasonló ún. populáció inverziót mutat és ezekből koherens terahertzes sugárzás kibocsájtására találtak bizonyítékot. A gyémánt, mint rendszer használata azért is érdekes, mert ez igen stabil anyag, ellenáll a környezeti hatásoknak és nem utolsósorban az elmúlt évtizedben széles körben kezd elterjedni a használata, mint kvantuminformáció tároló és továbbító elem. A kísérleti megvalósítás mellett a szerzők a jelenséget részletes elméleti számításokkal támasztották alá. A szerzők reményei szerint a megvalósult rendszer új, terahertzes fényforrások kialakítása mellett jövőbeni kvantumoptikai hálózatok építőköveként is felhasználható lesz.
A cikk nemzetközi együttműködésben valósult meg, de minden szerzője magyar. A HUN-REN Wigner FK mellett a BME, a University of Notre Dame (USA), az École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Svájc) kutatóival közösen jegyzett cikk első szerzője Kollarics Sándor, a HUN-REN Wigner FK nemrégiben doktorált fiatal munkatársa.
A cikk elérhetősége:
Terahertz emission from diamond nitrogen-vacancy centers (szerzők: Sándor Kollarics, Bence Gábor Márkus, Robin Kucsera, Gergő Thiering, Ádám Gali, Gergely Németh, Katalin Kamarás, László Forró, és Ferenc Simon)
