В лаборатории ведутся исследования в области методов генерации терагерцового излучения, в основе которых лежат квантовые процессы взаимодействия излучения с веществом. Тергерцовый диапазон частот, расположенный на границе радио- и оптического диапазонов, очень перспективен для развития систем связи, обработки информации, "тера-видения" - обнаружения скрытых объектов, томографии, распознавания материалов и биомедицинских приложений. Для создания источников и приемников в этом диапазоне мы разрабатываем новые методы преобразования частоты лазерного излучения в нелинейных кристаллах, фотопроводящих антеннах и топологических изоляторах.
Впервые в мире поставлена задача генерации квантовых состояний излучения в терагерцовом диапазоне частот. Активно ведутся работы по исследованию и применению оптико-терагерцовых бифотонов – пар квантово-перепутанных фотонов, один из которых имеет терагерцовую, а второй - оптическую частоту и легко детектируется обычным фотоприемником. Это происходит при спонтанном параметрическом рассеянии света (СПР), но не в обычном, а в сильно частотно-невырожденном режиме. Уникальный эффект СПР на чисто оптических частотах хорошо известен в квантовой оптике, широко используется в квантовых технологиях для создания неклассических перепутанных состояний излучения, применяется в квантовой фотометрии и сенсорике. Перенос квантово-оптических представлений в терагерцовый диапазон может дать много нового в течение самых ближайших лет.
Уже сделаны первые шаги практического применения оптико-терагерцовых бифотонов в абсолютной квантовой фотометрии. Применение квантовых подходов может позволить измерять яркость терагерцового излучения, чувствительность и квантовую эффективность терагерцовых детекторов без использования каких-либо заранее прокалиброванных эталонов.
Также в лаборатории решаются задачи генерации и детектирования терагерцового излучения в фотопроводящих антеннах на основе топологических изоляторов из семейства халькогенидов висмута и сурьмы, изучением механизмов релаксации поверхностных состояний, созданием эффективных нелинейных преобразователей высших гармоник терагерцового излучения, исследованием комплексной проводимости топологических изоляторов в терагерцовой области спектра.
Обнаружено, что топологические изоляторы, так же как и графен, могут служить в качестве чрезвычайно эффективных преобразователей частот терагерцовых волн.
Полученные результаты открывают возможности для реализации новых источников и преобразователей излучения терагерцового диапазона, а также для построения сверхбыстрых устройств спинтроники на основе топологических изоляторов.