Language
Country/Area
No result found
你知道嗎？太赫茲光的偏振如何影響材料的吸收光譜？
在當前的科學研究中，太赫茲光的應用日益受到重視，其中一個重要的技術便是各向異性太赫茲微光譜（ATM）。該技術通過短脈衝的太赫茲輻射，研究各向異性材料中的分子振動，並且可以獲得材料的特征光譜。此技術特別適用於分析單晶蔗糖、果糖、草酸及某些蛋白質結晶等樣品，其核心就是利用線性極化的太赫茲光束來研究材料分子振動的空間方向。
當一束光的電場在垂直於其傳播方向的平面中震蕩時，我們稱之為攝偏的橫波。
理論上，如果將光的電場限制在某一特定角度，則該光稱為線性極化光。當這種線性極化光透過各向同性材料（即在所有空間方向上具有相同物理特性的材料）時，不同角度的光吸收並不會有顯著差異。在這種情況下，吸收光譜的特征表現為平坦的曲線。然而，對於各向異性材料，其物理特性如吸收率、折射率等等，則在不同的空間方向上會有所區別。當線性極化的太赫茲光束經過這些各向異性材料並且對不同的極化角進行測量時，光的吸收會呈現出不同的數據，這為我們提供了理解材料各向異性的新視覺。
這種情形下的吸收光譜展現出與材料的各向異性程度相關的不同吸收程度。
進一步考慮激發分子層面的振動模式，ATM技術允許我們探索材料在0.3到3 THz的頻率範圍內，特別是對生物分子，許多分子的振動模式正好落在太赫茲頻段內。當材料中的分子具有合適的排列方向時，我們可以利用ATM來識別這些分子的內部振動性質。這在單晶結構的樣品中表現得尤為明顯，例如蔗糖、果糖及某些蛋白質晶體。
首先，我們來談談ATM的技術設計。目前的ATM技術多利用太赫茲時域光譜（THz-TDS），這是因為高靈敏度的太赫茲檢測器需求面臨大型樣品的水分含量挑戰。值得注意的是，大多數研究樣品中一般含有大量的水，這會強烈吸收太赫茲輻射，因此需要較強的太赫茲來源。由於液氦資源的稀缺，傳統上需要在超低溫下進行太赫茲檢測的工作對許多研究人員來說變得不再可行。
THz-TDS技術允許使用室溫可操作的紅外檢測器，這使得環境的可獲取性更為理想。
ATM的兩種主要方法 — 旋轉樣品和靜止樣品 — 各有優缺點。旋轉樣品ATM方法涉及將樣品置於太赫茲光束的焦點並旋轉，而靜態樣品ATM則利用近場檢測方案，能直接將樣品放置於電光晶體附近來進行分析。這樣，我們可以獲得精確的極化效果，從而進一步瞭解材料的各向異性。
當然，ATM的優勢不僅在於其技術的多樣性。另一个关键特性是，ATM技術的太赫茲光場方向與樣品表面平行，這使其能夠更方便地分析某些對環境敏感的材料，如生物樣品，並有效地觀察到分子層面的變化。
在結構生物學以及藥物發現方面，ATM技術是相當有前景的工具，尤其在探測與厚膜固態材料的THz頻率性質。
以上所述，ATM技術在探測蛋白質動態方面亦展現了其獨特的能力。這些蛋白質的運動常在太赫茲頻率範圍（0.3 THz至3 THz）內進行，有助於揭示出不同的幾何及運動特性，特別是那些關鍵的鏡頭運動或結構變化。
展望未來，太赫茲光譜技術的發展是否能帶領我們揭開更多生命物質的奧秘？
