太赫兹的应用
太赫兹辐射是指频率从0.1 THz到10 THz,波长在毫米波和红外线之间的电磁辐射区域。一太赫等于一万亿赫兹。
德国电子同步加速器研究所报告称,强烈的太赫兹辐射可以导致水分子剧烈振动,破坏水分子之间的氢键。这种方法可以在半皮秒(一皮秒是万亿分之一秒)内将大约一纳升(十亿分之一升)的水加热到600摄氏度。
报告指出,一升水足够做很多实验,虽然听起来不多。一皮秒比眨眼快很多,所以这种烧水的方法可以称得上是目前为止最快的了。
虽然这种“沸水”方法尚未付诸实践,但研究人员表示,水在许多化学和生物过程中发挥着重要作用,新发现可能为化学和生物领域提供更多实验可能性。中国工程院杜祥万院士指出,在所有物理技术中,电磁波技术对医学的推动作用尤为突出。自1901年X射线获得第一个诺贝尔物理学奖以来,已经有五个与生物医学相关的诺贝尔奖颁给了X射线光谱技术领域。
在太赫兹技术在生物医学中的应用中,生物大分子之间的相互作用是导致重大生命现象和疾病的关键原因,太赫兹光子能量覆盖了生物大分子空间构象的能级范围。这个频段包含了直接代表生物大分子功能的空间构象等重要信息,是其他电磁波无法探测到的。因此,我们可以发展一种新的理论和技术,利用太赫兹波探测和干预生物大分子的相互作用过程,为目前重大疾病的诊断和有效干预提供先进的技术手段。
中国工程物理研究院流体物理研究所李泽仁研究员也表示,通过太赫兹源、探测器、成像系统等关键技术和设备的大力支持,我国已基本具备开展太赫兹生物医学研究的基础。此外,太赫兹还广泛应用于半导体材料和高温超导材料的性质研究。研究这一频段不仅会推动理论研究的大发展,也会对固态电子学和电路技术提出巨大的挑战。
目前,总的来说,太赫兹技术的研究主要集中在三个部分:太赫兹产生源、太赫兹探测和应用研究。目前最大的困难是没有低成本、满足实用要求的大功率便携、连续可调的THz辐射器和滤波器,没有能在室温下直接探测THz射线的无源探测器。