I superconduttori potrebbero colmare il gap terahertz
La gamma di frequenza THz dello spettro elettromagnetico rimane scarsamente utilizzata. I dispositivi a semiconduttore non possono produrre frequenze così elevate e questa gamma è troppo bassa per i laser a stato solido. Tuttavia, ci sono molte potenziali applicazioni per i dispositivi che operano tra i 0,3 e i 30 THz in campi ad ampio raggio quali astronomia, biologia, chimica e fisica. Questa moltitudine di applicazioni ha attirato l’attenzione dei ricercatori finanziati dall’UE. Nell’ambito del progetto THZ RADIATION (Controlling terahertz radiation using layered superconductors), gli scienziati hanno dimostrato che i vortici di Josephson, muovendosi attraverso superconduttori a più livelli periodicamente modulati, possono generare radiazioni sulla scala THz. Le giunzioni Josephson, composte dall’interposizione di un sottile strato di materiale isolante tra materiali superconduttori, dimostrano avere insoliti effetti quantistici. In particolare, la tensione che viene applicata attraverso una giunzione dà luogo a una corrente oscillante, facendo sì che la giunzione emetta fotoni a una frequenza corrispondente al gap di energia dei superconduttori. In altre parole, le giunzioni Josephson producono radiazioni elettromagnetiche. È difficile sincronizzare le giunzioni e ottenere un fascio di radiazione coerente dove tutte le lunghezze d’onda sono in fase. Usando avanzate simulazioni al calcolatore, i ricercatori hanno studiato gli effetti dei punti magnetici ordinati fuori piano, sulla radiazione emessa. È stato scoperto che applicando sia corrente alternata (CA) che corrente continua (CC) sarebbe possibile risolvere tale problema. Come per il laser, il trucco di rendere l’emissione in fase è quello di variare la tensione applicata fino a quando la frequenza emessa corrisponde alla frequenza caratteristica del sistema. A tale frequenza, le oscillazioni indotte dal metodo vortex lattice nei diversi strati sono in fase. In particolare, le giunzioni sono invitate a sincronizzarsi quando i vortici in movimento formano un reticolo rettangolare. Non è possibile osservare la sincronizzazione di fase sebbene vi siano delle piccole deviazioni dei lati del sistema dalla loro posizione verticale. I ricercatori hanno cercato altri limiti e condizioni iniziali che influenzano il comportamento collettivo delle reti di giunzioni Josephson. Il loro obiettivo era quello di identificare i fattori che contribuiscono a dinamiche meno ordinate del vortex lattice Josephson quadrato. I risultati del progetto THZ RADIATION apriranno la strada allo sviluppo di dispositivi che emettono radiazioni THz la cui frequenza e potenza può essere sintonizzata su una vasta estensione. L’aumento della potenza disponibile permetterebbe di migliorare il rapporto segnale-rumore che porta a rilevamento e immaginografia più veloci e affidabili.
Parole chiave
Superconduttori, radiazione elettromagnetica, gamma di frequenza THz, giunzioni Josephson, THZ RADIATION, rilevamento, immaginografia
