способ генерации в вакууме электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне

Формула изобретения

Способ генерации в вакууме электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне, заключающийся в рассеивании пучка электронов на углеродной наноструктуре в виде нанотора с магнитным потоком во внутренней полости, значения которого равны 2·10^-7 Гс·см ², при этом пучок электронов направляют вдоль оси нанотора, а магнитный поток во внутренней полости нанотора сформирован в процессе выращивания во внешнем однородном магнитном поле.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к генерированию электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне, и может быть использовано в системе накачки в лазерах на квантовых каскадах, как средство визуализации или обнаружения «захвата» нанокольцами магнитного потока в экспериментах с электронным микроскопом, а также для регистрации и контроля возникновения намагниченного состояния в наноструктурах из ферромагнитных материалов.

Аналогов технических решений, позволяющих генерировать в вакууме электромагнитное излучение в терагерцовом диапазоне, не установлено.

Задача изобретения - разработка способа генерации в вакууме электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне в отсутствие классического силового воздействия на излучающие частицы.

Технический результат от использования изобретения заключается в реализации поставленной задачи.

Технический результат достигается тем, что способ генерации в вакууме электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне заключается в том, что пучок электронов рассеивают на углеродной наноструктуре в виде нанотора с магнитным потоком во внутренней полости, значения которого равны нецелому числу его квантов, причем пучок электронов направляют вдоль оси нанотора перпендикулярно магнитному потоку.

Магнитный поток во внутренней полости нанотора может быть сформирован в процессе его выращивания во внешнем однородном магнитном поле.

На чертеже изображена схема системы, в которой был апробирован предлагаемый способ.

Система включает вакуумную камеру 1, где установлены источник питания 2 (значение ЭДС ~40 В), источник электронов, нагреваемый катод 3, к которому подключена анодная сетка 4, служащая одновременно диафрагмой для ограничения пучка электронов, нанотор 5 и два детектора 6, 7 инфракрасного излучения с фильтрами, пропускающими компоненту излучения с циркулярной поляризацией. Нанотор 5 размещен с расположением его оси перпендикулярно анодной сетке 4 на расстоянии ~5 см от последней. Один детектор 6 инфракрасного излучения размещен по ходу пучка электронов, направленных вдоль оси нанотора на выходе из его внутреннего кольца. Другой детектор 7 инфракрасного излучения размещен по ходу электронов, отклоненных от направления оси нанотора. Детекторы представляют собой приемник ИК-излучения с принципиальной схемой на транзисторах, в котором рабочим элементом является фотодиод (например, ФД320, ФД236-01).

Для осуществления способа с использованием техники молекулярной эпитаксии во внешнем однородном магнитном поле были выращены два идентичных нанотора в виде углеродной нанотрубки диаметром ~36 нм, свернутой в кольцо диаметром ~690 нм. Причем первый нанотор выращен при индукции поля B₁~2·10⁴ Гс, второй - при индукции В₂~4·10⁴ Гс. Значение магнитного потока Ф₁ во внутренней полости первого нанотора, захваченного в процессе его выращивания, при индукции поля В~2·10 ⁴ Гс и площади S поперечного сечения нанотрубки диаметром d~36 нм=36·10^-7 см составляло Ф₁~2·10 ^-7 Гс·см² (Ф=B·S=В· ·d²/4). Значение магнитного потока Ф ₂ во внутренней полости второго нанотора, захваченного в процессе его выращивания, при индукции поля В~4·10 ⁴ Гс получали равным кванту магнитного потока, а именно Ф₂~4·10^-7 Гс·см².

Для генерации электромагнитного излучения первый нанотор с магнитным потоком Ф₁~2·10^-7 Гс·см² помещался в вакуумную камеру 2, где создавалось состояние сверхвысокого вакуума с остаточным давлением ~10 ^-7 торр. Температура в камере 1 поддерживалась на уровне 4-5 К для исключения теплового дрейфа электронного пучка. Сверхвысокий вакуум создавался при помощи турбомолекулярного насоса АТР100.

Подачей на источник питания 4 ускоряющего напряжения со значением ЭДС ~40 В формируют пучок электронов, ускоренных до энергии ~40 эВ и направленных на нанотор 5.

При этом электроны, которые проходят внутри кольца нанотора вдоль его оси, испытывают влияние эффекта Ааронова-Бома, и детектор 6 фиксирует электромагнитное излучение. Детектором 7 наличие электромагнитного излучения не отмечалось.

В рамках эксперимента наблюдалось электромагнитное излучение с правой поляризацией и длиной волны 1100 нм.

При попытке генерирования электромагнитного излучения в условиях, описанных выше, и использовании второго нанотора с магнитным потоком во внутренней полости при значении, равном кванту магнитного потока Ф₂~4·10^-7 Гс·см², излучение детектором 6 не отмечалось.