Un simple ajustement à la configuration habituelle est tout ce qui est nécessaire pour améliorer une technique de spectroscopie qui utilise des ondes dans la région de Terahertz pour sonder des échantillons, ont découvert des physiciens de Riken. Les résultats sont publiés dans la revue Lettres de physique appliquée.
Développer des techniques qui peuvent obtenir des spectres dans de minuscules régions extrêmement rapidement est l'objectif ultime d'une équipe à laquelle appartient Norihiko Hayazawa du Riken Center for Advanced Photonics.
Jusqu'à récemment, les scientifiques se concentraient sur l'obtention de spectres à partir de régions à l'échelle nanométrique sur des échantillons. Mais maintenant, ils se concentrent sur l'acquisition de spectres très rapidement – à l'ordre de milliards de secondes (nanosecondes) – pour minimiser les fluctuations induites par l'environnement ambiant.
Pour y parvenir, Hayazawa s'est tourné vers la spectroscopie du domaine temporel térahertz, qui utilise de courtes impulsions d'ondes électromagnétiques qui se trouvent entre les micro-ondes et le rayonnement infrarouge sur le spectre électromagnétique.
Parce que le signal dans la spectroscopie du domaine temporel térahertz est faible, la plupart des configurations expérimentales ajoutent une modulation externe au signal pour la détection de verrouillage. Cela permet au signal d'être facilement distingué du bruit.
Étant nouveau dans la technique, Hayazawa s'est demandé si cette modulation externe était nécessaire car le train d'impulsions laser très courtes utilisées pour créer les impulsions Terahertz pourrait fournir une modulation intrinsèque beaucoup plus rapide.
« Je ne suis pas vraiment une personne de spectroscopie Terahertz », dit-il. « En tant que débutant, je me demandais naïvement pourquoi nous ne supprimons pas le modérateur externe? Cela simplifierait beaucoup le système, en plus cela rendrait beaucoup plus rapidement pour acquérir des spectres. »
L'idée a fonctionné – à condition qu'il n'y ait pas de mouvement dans le laboratoire. Mais la mesure était extrêmement sensible aux perturbations, de sorte que même le moindre mouvement de l'opérateur perturberait le signal.
« C'était inutile d'un point de vue pratique », explique Hayazawa. « Si vous êtes resté très loin du système, cela a bien fonctionné. Mais le signal fluctuerait sauvagement dès que vous vous levez ou que vous vous étiez levé. »
À ce stade, il est venu à Hayazawa qu'il pouvait vérifier pour voir ce qui se passait aux démolations d'harmoniques supérieures du signal de verrouillage. Parce que les impulsions térahertz n'étaient pas des impulsions sinusoïdales parfaitement lisses, ils ont créé des signaux à des fréquences plus élevées.
Lorsque Hayazawa a vérifié les harmoniques supérieures, il a constaté qu'ils étaient pratiquement insensibles au mouvement.
« J'avais ce vague intuition selon lequel les harmoniques supérieures pourraient se comporter différemment », se souvient Hayazawa. « Mais j'ai toujours été vraiment surpris lorsque nous avons vérifié les données et vu qu'ils étaient si stables. »
Le nouveau schéma offre de multiples avantages par rapport à celui conventionnel. « C'est très rapide et stable », dit-il. « Et parce que nous n'avons plus besoin d'un modulateur externe, le système est beaucoup plus simple. »
Hayazawa tient à diffuser les nouvelles de ses avantages à la communauté de la recherche. Un fabricant de verrouillage a exprimé son intérêt à développer des instruments en fonction de celle-ci.
