Představte si, že jste měli úraz. Váš lékař potřebuje zjistit, zda se nejedná o zlomeninu, a tak vás pošle na rentgen. Tak nějak to dnes chodí, ale v budoucnosti by mohlo být všechno jinak. Místo klasického rentgenu byste mohli absolvovat vyšetření pomocí terahertzových vln. Váš organismus by nebyl vystaven škodlivým účinkům záření a doktor by získal mnohem lepší snímek než doposud.
Oproti rentgenu téměř samé výhody
Ve srovnání s rentgenovými paprsky mají terahertzové vlny mnoho výhod. Díky své nízké energii prakticky nepoškozují zkoumané materiály, to má velký význam zejména u biologických tkání. Navíc jsou silně pohlcovány vodou, takže by jimi mělo být možné vyšetřovat i měkké tkáně lidského těla. Představují tak téměř ideální nástroj pro další rozvoj neinvazivních lékařských vyšetřovacích metod.
Teravlny by se tak mohly poměrně brzy stát součástí našeho každodenního života. Jak už to ale v podobných případech bývá, mají i svá omezení, nepronikají totiž tkáněmi moc hluboko. Proto možná jejich použití nebude tak rozšířené a klasický rentgen asi úplně všude nenahradí. Ale i tak do nich medicínští odborníci vkládají velké naděje (značná část nádorů se totiž nalézá těsně pod povrchem těla). A kromě toho se nabízí i spousta dalších, ryze technických možností jejich aplikace (bezpečností kamery apod.).
Terahertzové vlny
Terahertzové vlny, jinak též teravlny či zkráceně T-vlny, vyplňují ve spektru elektromagnetického záření oblast v rozsahu kmitočtů 300 GHz (GigaHertz) - 3 THz (TeraHertz), nalézají se tedy mezi mikrovlnným a infračerveným zářením. Snadno pronikají oblečením nebo běžnými materiály, jako jsou dřevo, zdivo či umělé hmoty.
Jejich využití v zobrazovací technice je snem vědců již delší dobu, jenže s nimi byl problém. T-vlny totiž mají velmi nízkou energii, a to dlouho znemožňovalo jejich účinnou a cenově dostupnou detekci. Dokud světlo světa nespatřil čip detekující teravlny, který vyvinuli Yukio Kawano a Koji Ishibashi z japonského výzkumného institutu RIKEN. Nový senzor disponuje mnoha přednostmi, kromě miniaturních rozměrů má i vysokou citlivost a rozlišení, což otevírá cestu k jeho mnohostrannému využití.
Bez NFI by to nešlo
Činnost nového detektoru teravln je založena na technologii NFI (Near Field Imaging), která využívá vlastností tlumených vln. Terahertzové vlny dopadají na detektor a pronikají skrz mikroskopický otvor na jeho povrchu. Šíří se dál a přitom vytvářejí husté, tlumené, tzv. evanescentní vlny. Ty rychle slábnou, a proto je hned za otvorem do čipu zabudována sonda NFI (anténka ve tvaru motýlka). Ta vzniklé evanescentní vlny zesiluje, takže mohou být snímány vlastním detektorem (tranzistor s vysokou pohyblivostí elektronů), který se nechází úplně vespod.
Otvor, sonda i detektor jsou integrovány na jediném čipu, to činí konstrukci celého detektoru překvapivě jednoduchou, což bylo také záměrem japonských vědců. Yukio Kawano k tomu na serveru Nature Asia říká: "Naše technika nevyžaduje žádná složitá optická nebo mechanická spojení, výsledkem je jednoduchý a kompaktní systém.“
Rozlišení 9 mikrometrů
Tvůrcům detektoru se podařilo dosáhnout rozlišení 9 mikrometrů u terahertzových vln o vlnové délce 215 mikrometrů (technologie NFI umožňuje překonat rozlišovací limit). Ačkoli zařízení prozatím pracuje jen při teplotě 13 K, snahy o jeho další vylepšení jsou v plném proudu. Japonští výzkumníci uvažují o výrobě detektoru z uhlíkových nanovláken.
Zdroje:
