En simpel finjustering til den sædvanlige opsætning er alt, hvad der er nødvendigt for at forbedre en spektroskopiteknik, der bruger bølger i Terahertz -regionen til at undersøge prøver, har Riken -fysikere opdaget. Resultaterne offentliggøres i tidsskriftet Applied Physics Letters.
Udvikling af teknikker, der kan få spektre fra små regioner ekstremt hurtigt, er det endelige mål for et team, som Norihiko Hayazawa fra Riken Center for Advanced Photonics hører til.
Indtil for nylig havde forskerne fokuseret på at opnå spektre fra nanoskala -regioner på prøver. Men nu koncentrerer de sig om at erhverve spektre meget hurtigt – i størrelsesordenen milliarder af sekunder (nanosekunder) – for at minimere udsving induceret af det omgivende miljø.
For at opnå dette vendte Hayazawa sig mod Terahertz tidsdomæne-spektroskopi, der bruger korte pulser af elektromagnetiske bølger, der ligger mellem mikrobølger og infrarød stråling på det elektromagnetiske spektrum.
Fordi signalet i terahertz-tidsdomænespektroskopi er svagt, tilføjer de fleste eksperimentelle opsætninger ekstern modulation til signalet til lock-in detektion. Dette gør det muligt for signalet let at skelnes fra støj.
Da han var ny inden for teknikken, spekulerede Hayazawa på, om denne eksterne modulation var nødvendig, da toget med meget korte laserimpulser, der blev brugt til at skabe Terahertz -impulser, kunne give meget hurtigere, iboende modulation.
“Jeg er ikke rigtig en terahertz -spektroskopi -person,” siger han. “Som nybegynder spekulerede jeg naivt på, hvorfor fjerner vi ikke den eksterne moderator? Det ville forenkle systemet meget, plus det ville gøre det meget hurtigere at erhverve spektre.”
Ideen fungerede – gav der ingen bevægelse i laboratoriet. Men målingen var ekstremt følsom over for forstyrrelser, så selv den mindste bevægelse af operatøren ville forstyrre signalet.
“Det var nytteløst fra et praktisk perspektiv,” siger Hayazawa. “Hvis du blev meget stadig langt væk fra systemet, fungerede det fint. Men signalet ville svinge vildt, så snart du rejste dig eller flyttede rundt.”
På det tidspunkt skete det for Hayazawa, at han kunne tjekke for at se, hvad der skete med de højere harmoniske demoduleringer af lock-in-signalet. Da Terahertz -pulser ikke var perfekt glatte sinusformede pulser, skabte de signaler ved højere frekvenser.
Da Hayazawa kontrollerede de højere harmonik, fandt han, at de næsten var ufølsomme over for bevægelse.
“Jeg havde denne vage lunch, at de højere harmonik kunne opføre sig forskelligt,” minder Hayazawa. “Men jeg blev stadig virkelig overrasket, da vi kontrollerede dataene og så, at de var så stabile.”
Den nye ordning giver flere fordele i forhold til den konventionelle. ”Det er meget hurtigt og stabilt,” siger han. “Og fordi vi ikke har brug for en ekstern modulator længere, er systemet meget enklere.”
Hayazawa er ivrig efter at sprede nyheden om sine fordele for forskningsfællesskabet. En lock-in-producent har udtrykt interesse for at udvikle instrumenter baseret på det.