Освоение неизученной части радиодиапазона открывает большие возможности.

В конце прошлого года в рамках реализации проекта НИУ в университете была создана лаборатория мирового уровня «Терагерцовые исследования естественных и искусственных объектов». В основу ее легло научное направление, существующее на РФФ уже много лет.

С точностью до доли миллиметра
– На сегодняшний день промышленностью освоены всего 1-2 процента от диапазона электромагнитных волн, которые считаются объектом радиофизических исследований, – рассказывает руководитель лаборатории профессор Г.Е. Дунаевский. – То есть более 90 процентов частот вообще не изучено – не исследованы свойства материалов в этом диапазоне, нет надежных устройств, способных работать на этих частотах. Этот диапазон радиофизики называют терагерцовым и лежит он между дальней инфракрасной областью и уже освоенными радиочастотами с длинными, средними, короткими и ультракороткими волнами. В то же время те немногие результаты, которые имеются на сегодняшний день, говорят о больших перспективах исследований в данной области частот.
Например, в этом диапазоне впервые удалось обнаружить нестандартную форму поглощения излучения молекулами взрывчатых веществ, что позволяет изготавливать дистанционные датчики, способные обнаружить взрывчатые вещества в багажах и под одеждой. Поскольку терагерцовые волны имеют очень маленькую длину – порядка сотен микрон, то на их основе можно сделать приборы, позволяющие «увидеть» даже очень мелкие предметы (1-2 миллиметра) за преградой, например, стеной, или крупные объекты, но с большим разрешением.
Совершенно не исследовано сегодня и поведение биологических объектов под воздействием облучения волнами терагерцового диапазона. В свое время в самом начале более длинноволнового – миллиметрового диапазона обнаружились три длины волны, которые обладают сильным, активизирующим живые клетки действием. И уже созданы медицинские приборы, повышающие восстановительные свойства живых клеток с помощью очень слабого излучения. Какие возможности открывает здесь терагерцовый диапазон, остается только догадываться. Поэтому одно из направлений деятельности лаборатории будет проходить в сотрудничестве с биологами. Вообще, по словам Григория Ефимовича, исследования лаборатории носят междисциплинарный характер, так как данная проблема затрагивает разные научные направления.

Прибор по спецзаказу
В советское время СФТИ при ТГУ был лидером в стране по квазиоптическим методам исследований различных материалов и сред, то есть их «поведением» в той области частот, которая еще не относится к оптике, но в которой уже не работают методы электроники. Это был еще не терагерцовый диапазон, но уже близко. На основе этих методов были разработаны устройства, позволяющие, например, бесконтактно контролировать диаметр сверхтонких проводников или толщину полимерной пленки в ходе ее производства (данный способ был альтернативой небезопасному методу контроля пленки радиоизотопами).
Двигаться же дальше «вверх по частоте» к терагерцовому диапазону было невозможно из-за отсутствия лабораторного оборудования. И вот в рамках программы развития научного исследовательского университета была закуплена установка, способная генерировать волны терагерцового диапазона и принимать их. Этот прибор позволит изучать свойства материалов в данном диапазоне, влияние волн на различные объекты, в том числе и живые организмы.
– С помощью этого оборудования мы планируем решить две задачи. Во-первых, исследовать параметры материалов (полупроводников, диэлектриков, магнитных сред) в этом диапазоне, обеспечить их спектроскопию. Во-вторых, разрабатывать уже сами элементы для радиоэлектроники, работающей на этой частоте – детекторы, излучатели, антенны, которых на данный момент пока нет.
Интересно, что данное оборудование было куплено не за рубежом, а в России. Когда-то по инициативе академических партнеров ТГУ из ИОФ АН (Москва) силами нескольких организаций был изготовлен спектрометр, способный «перекрывать» волны этого диапазона. Но в 90-е годы это производство было прекращено. Как выяснилось, с тех пор в мире в данной области ничего лучшего создано не было. Ученые ТГУ обратились к прежним производителям, и установка была сделана по спецзаказу, но, естественно, с более современными элементами.

Работа на будущее
Лаборатория объединяет три научные группы. Одна, базирующаяся на кафедре электроники РФФ (рук. – Г.Е. Дунаевский) занимается исследованием параметров материалов и созданием новых методов измерений и элементов электронной техники в терагерцовом диапазоне. Задача второй группы (рук. – О.П. Толбанов) – создание самих излучателей терагерцового диапазона на основе нелинейных кристаллов, которые выращиваются здесь же в ТГУ в одной из лабораторий СФТИ. И третья группа (рук. – В.А. Донченко, СФТИ) изучает свойства материалов в самой дальней терагерцовой области, близкой к инфракрасному излучению. В состав лаборатории входят сотрудники РФФ и СФТИ, а также студенты и аспиранты.
Уже несколько лет для студентов здесь читается редкий спецкурс по электродинамике крайне высоких частот. А сейчас, по мере освоения техники, будут готовиться новые курсы.
Исследования в области терагерцового диапазона находятся под пристальным вниманием и представителей реального сектора экономики. То, что освоение данного типа радиоволн – задача для будущего, понимают многие. Работами томских радиофизиков уже заинтересовался концерн «Росхимзащита», с которым недавно подписано соглашение, в том числе и по этим темам исследований. Ведутся переговоры и с ОАО «Информационные спутниковые системы» (Железногорск). А с Институтом катализа СО РАН (Новосибирск) сотрудничество продолжается уже несколько лет.
– Сегодня в ведущих университетах и научных центрах мира активное изучение терагерцового диапазона только начинается, и мы имеем возможность занять место на передовых позициях этих исследований. Наличие уникального оборудования позволит также поднять на новый уровень подготовку кадров – магистров и аспирантов и в перспективе расширить круг промышленных партнеров.

Наталья Шарапова