Un nou model explică de ce sticla devine mai puțin transparentă la lumina terahertz
Undele electromagnetice din gama gigahertz (GHz), precum cele utilizate în comunicațiile mobile, pot traversa cu ușurință multe tipuri de sticlă. Totuși, transmisia scade semnificativ la frecvențe terahertz, peste un prag caracteristic. Deși acest fenomen a fost observat experimental de ceva timp, un model cantitativ care să îl conecteze la structura microscopică și dinamica sticlei lipsea.
Pentru a aborda această problemă, o echipă de cercetători a dezvoltat un model de continuum care încorporează eterogenitatea elastică a sticlei alături de fluctuațiile microscopice de sarcină la scări atomice și moleculare. Modelul descrie modul în care undele electromagnetice terahertz interacționează cu dinamica vibrațională din sticlă. Lucrarea este publicată în revista Physical Review B.
Cercetătorii au aplicat modelul sticlei de glicerol, o sticlă moleculară reprezentativă, și au constatat că calculele au reprodus cu acuratețe părțile reală și imaginară, măsurate experimental, ale funcției dielectrice complexe în intervalul 0,3–2,5 THz. Modelul a surprins, de asemenea, tranziția de la un răspuns de tip rezonanță sub frecvența vârfului bosonic la un răspuns larg de tip relaxare deasupra acesteia.
Analiza a arătat suplimentar că, în jurul vârfului bosonic, contribuția transversală influențează predominant atât partea reală, cât și cea imaginară a răspunsului dielectric terahertz, în timp ce contribuția longitudinală este comparativ mică. Acest lucru sugerează că dinamica de forfecare transversală joacă un rol esențial în răspuns.
Modelul a replicat, de asemenea, dependența de frecvență aproape liniară a coeficientului de cuplare lumină-vibrație în infraroșu, observată în apropierea vârfului bosonic.
Aceste descoperiri oferă un cadru pentru a lega cantitativ absorbția terahertz de fluctuațiile de sarcină, pe baza proprietăților mecanice specifice materialului. Abordarea ar putea facilita proiectarea și evaluarea materialelor din sticlă cu permitivitate scăzută și pierderi dielectrice reduse, caracteristici din ce în ce mai importante pentru comunicațiile terahertz și tehnologiile fotonice.
