Машины, которые могут видеть сквозь объекты и внутри человеческого тела в режиме реального времени, существуют уже десятки лет. Но из-за их большого объема и стоимости они в основном находятся в аэропортах, где они используются для скрининга, или в медицинских зданиях, где средства МРТ, состоящие из нескольких комнат, могут стоить свыше 3 миллионов долларов.
Но совместные усилия ученых из Национальной лаборатории Сандиа, Университета Райса и Токийского технологического института направлены на то, чтобы сделать этот вид визуализации намного более портативным и доступным - изменение, которое может иметь серьезные последствия для медицинской визуализации, скрининга пассажиров и даже проверки продуктов питания.,
Техника, подробно описанная в журнале Nano Letters, использует терагерцовое излучение (также известное как субмиллиметровые волны из-за размера их длин волн), которое попадает между меньшими длинами волн, обычно используемыми для электроники, и большими волнами, используемыми для оптики. Волны излучаются передатчиком, но, в отличие от более крупных машин, они перехватываются детектором из тонкой пленки плотно упакованных углеродных нанотрубок, что делает процесс формирования изображения менее сложным и громоздким.
Несколько похожая технология уже используется в крупных устройствах для проверки в аэропортах. Но, по словам Франсуа Леонара из Sandia Lab, одного из авторов статьи, в новой технике используются еще меньшие длины волн - от 300 гигагерц до 3 терагерц вместо стандартной частоты миллиметровых волн от 30 до 300 гигагерц.
Леонар говорит, что меньший размер волны может быть полезен в целях безопасности: некоторые взрывчатые вещества, которые не так заметны в миллиметровом диапазоне, можно увидеть с помощью терагерцовой технологии. Таким образом, эти детекторы могут не только обеспечивать более быструю проверку благодаря меньшим размерам, но и лучше подходить для решения задачи по предотвращению потенциальных террористов.
Для тех, кто работает в отрасли, было непросто найти материалы, которые могут не только эффективно поглощать энергию на таких низких частотах, но и преобразовывать их в полезный электронный сигнал - вот почему настоящая инновация - это технология обнаружения. Поскольку углеродные нанотрубки (длинные, тонкие цилиндрические трубки из углеродных молекул) превосходно поглощают электромагнитный свет, исследователи давно интересуются их использованием в качестве детекторов. Но в прошлом, поскольку терагерцевые волны велики по сравнению с размером нанотрубок, они требовали использования антенны, что увеличивает требования к размеру, стоимости и мощности устройства.
«[Предыдущие] детекторы нанотрубок использовали только одну или несколько нанотрубок», - говорит Леонар. «Поскольку нанотрубки очень малы, терагерцовое излучение пришлось направить на нанотрубку, чтобы улучшить обнаружение».
Однако теперь исследователи нашли способ объединить несколько нанотрубок в плотно упакованную тонкую пленку, комбинируя как металлические нанотрубки, которые поглощают волны, так и полупроводниковые нанотрубки, которые помогают превратить волны в полезный сигнал. Леонар говорит, что достижение такой плотности с использованием других типов детекторов было бы чрезвычайно трудным.
По словам исследователей, эта техника не требует дополнительной мощности для работы. Он также может работать при комнатной температуре - большой выигрыш для определенных приложений, таких как МРТ-машины, которые должны быть залиты жидким гелием (при температуре около 450 градусов ниже нуля по Фаренгейту) для получения высококачественных изображений.
Это видео дает закулисный взгляд на то, как выглядит процедура:
Физик из Университета Райса Дзюнъитиро Коно, один из авторов статьи, считает, что эту технологию можно использовать и для улучшения проверки безопасности пассажиров и грузов, а также. Но он также считает, что технология терагерца может однажды заменить громоздкие, дорогостоящие аппараты МРТ устройством, которое намного меньше.
«Потенциальные улучшения в размере, простоте, стоимости и мобильности детектора на основе терагерца просто феноменальны», - сказал Коно в исследовании Райс Университета. «Используя эту технологию, вы могли бы разработать портативную терагерцовую камеру для обнаружения опухолей в реальном времени с точной точностью. И это можно было бы сделать без пугающей природы технологии МРТ ».
Леонар говорит, что еще слишком рано говорить, когда их детекторы перейдут из лаборатории в реальные устройства, но он говорит, что они могут сначала использоваться в портативных устройствах для проверки продуктов питания или других материалов, не повреждая и не нарушая их. На данный момент, техника все еще находится в зачаточном состоянии, ограничена лабораторией. Нам, вероятно, придется подождать, пока не будут изготовлены прототипы, прежде чем мы будем точно знать, где эти терагерцовые детекторы будут работать лучше всего.
