doc. RNDr. Petr Kužel, Ph.D.
Elektromagnetické záření o frekvenci kmitání 1 terahertz (1 THz, neboli 1012 kmitů za sekundu) má ve vakuu vlnovou délku 0.3 mm. O frekvenční oblasti v okolí 1 THz (zhruba 0.1–3 THz) se v minulosti často hovořilo jako tzv. “terahertzové mezeře” rozdělující elektromagnetické spektrum na svět elektroniky a svět optiky (viz Obr. 1). Indeed, the THz spectral range was difficult to access using both conventional optical methods and classical electronic transistor-based devices due to the absence of powerful sources. Zásadní průlom přišel s rozvojem tzv. ultrarychlých laserů vyzařujících femtosekundové optické pulzy (typicky ve viditelné nebo blízké infračervené spektrální oblasti, viz Obr. 1). Tzv. optoelektronický přístup ke generování a detekci širokopásmových THz pulzů využívá koherentní konverze optických pulzů do THz spektrální oblasti. Tato metoda vyvinutá na začátku 90 let minulého století se nazývá THz spektroskopie v časovém oboru. Frekvence ultrakrátkých laserových pulzů se transformuje v THz emitoru (což může být např. nelineární optický krystal nebo fotovodivá anténa) na širokopásmové pikosekundové pulzy terahertzového záření. Koherentní detekce pomocí tzv. metody optického hradlování umožňuje změřit časový profil elektrického pole THz pulzu; jedná se tedy o fázově-citlivou detekci. Současný technický pokrok ve fotonice a nanotechnologii vede již několik let k dramatickému nárůstu zájmu vědecké obce a průmyslové sféry o výzkum a aplikace v THz spektrální oblasti
V naší laboratoři používáme a vyvíjíme metody THz spektroskopie k výzkumu různých materiálů. Tato experimentální metoda je schopna určit komplexní spektra (tj. jejich reálnou a imaginární část) dielektrické permitivity, magnetické permeability a/nebo elektrické vodivosti ve spektrálním intervalu typicky 0.1–3 THz. Pulzní charakter metody dovoluje provádět měření typu optická excitace – THz sondování, kde je vzorek nejdříve vybuzen optickým (ultrafialovým, viditelným, infračerveným) laserovým pulzem a následně se jeho stav měří časově zpožděným THz pulzem. Tato měření umožňují získat charakteristickou spektrální odezvu ultrarychlé dynamiky v daleké infračervené oblasti na sub-pikosekundové až nanosekundové časové škále.
Můžeme studovat širokou paletu fyzikálních systémů a jevů. THz vlny excitují tzv. měkké (tj. nízkofrekvenční) polární vibrace (fonony) v pevných látkách, vibrace delších řetězců v biomolekulách (na úrovni jejich terciární struktury), indukovat plasmové oscilace volných nositelů náboje s koncentracemi ~1014 – 1018 cm−3 a interagovat s nositeli náboje v lokalizovaných v nanočásticích.
Náš výzkum je zaměřen na čtyři hlavní oblasti:
- Studujeme strukturní fázové přechody ve feroelektrických a souvisejících materiálech a využíváme jejich nelineárních vlastností, projevujících se v blízkosti fázových přechodů, k elektricky laditelným aplikacím.
- Studujeme časově rozlišenou fotovodivost a transport náboje v ultrarychlých polovodičích a v polovodičových nanostrukturách, které mají obrovský význam pro optoelektronické aplikace.
- Významné úsilí věnujeme pochopení magneto-elektrické vazby v materiálech vykazujících současně elektrické i magnetické uspořádání (tzv. multi-feroické materiály); tyto materiály mají slibné vlastnosti pro vývoj magnetických pamětí řízených elektrickým polem.
- Zabýváme se fotonickými a umělými rezonančními strukturami (metamateriály) pro THz spektrální oblast.
Více informací můžete získat zde.