Электромагнитные волны в гигагерцевом диапазоне (ГГц), такие как те, которые используются в мобильной связи, могут легко проходить через многие типы стекол. Однако на терагерцовых частотах выше характерного порога коэффициент пропускания значительно снижается. Хотя это явление уже некоторое время наблюдается в ходе экспериментов, до сих пор не было количественной модели, связывающей его с микроскопической структурой и динамикой стекла.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа из Японии разработала континуальную модель, учитывающую упругую неоднородность стекла наряду с микроскопическими флуктуациями заряда на атомном и молекулярном уровнях. Эта модель описывает взаимодействие электромагнитных волн терагерцового диапазона с колебательной динамикой стекла.
Исследователи применили модель к глицериновому стеклу, типичному молекулярному стеклу, и обнаружили, что расчеты точно воспроизводят экспериментально измеренные действительную и мнимую части комплексной диэлектрической функции в диапазоне 0,3–2,5 ТГц. Кроме того, модель позволила зафиксировать переход от резонансного отклика при частотах ниже бозонного пика к широкому релаксационному отклику при частотах выше него.
Дальнейший анализ показал, что в районе бозонного пика поперечный вклад оказывает преимущественное влияние как на действительную, так и на мнимую часть диэлектрической проницаемости в терагерцовом диапазоне, в то время как продольный вклад сравнительно невелик. Это говорит о том, что поперечная динамика сдвига играет ключевую роль в отклике. Модель также воспроизвела почти линейную частотную зависимость коэффициента связи инфракрасного излучения с колебаниями, наблюдаемую вблизи бозонного пика.
Эти результаты, опубликованные в журнале Physical Review B, позволяют количественно связать поглощение терагерцового излучения с флуктуациями заряда на основе механических свойств конкретного материала. Такой подход может облегчить разработку и оценку стеклянных материалов с низкой диэлектрической проницаемостью и малыми диэлектрическими потерями — характеристик, которые становятся все более важными для терагерцовой связи и фотонных технологий.
[Фото: callmetak / magnific.com]
