第七章 太赫兹在化学和生物学中的机遇
太赫兹原理及应用
THz在安全检查上的应用
报纸
尖刀 !!
二. THz在无损检测中的应用
使用太赫兹技术研究航天飞机失事的原因
三.THz 在医学中的 应用
mm
电光信号 (nA)
标准照片 Standard photo
THz 成像 THz Imaging
00 0
5
10
15
20
肿瘤 a tumor
25 05
10 15 20 25 mm
THz辐射主要应用领域
生物医学 安全检查 工业无损检测 空间物理和天文学 环境监测 化学分析 军事和通信领域
一、THz 在国家安全、反恐方面的作用
由于 THz 波对衣物、塑料、陶瓷、硅片、纸张 和干木材等一系列物质具有较好的穿透性能；而 且能够根据物质的THz“指纹谱”，对物质进行识 别，所以在毒品、化学生物危险品和武器等的非 接触安全检测、邮件隐藏物的非接触检测等方面 受到了反恐、保安和海关检查等部门的高度重视。
（四）大多数极性分子如水分子，对THz辐射 有强烈的吸收。
（五）瞬态性： THz脉冲的典型脉宽在皮秒量级，通过电光取样测量 技术，能够有效地抑制背景辐射噪声的干扰。在小 于3THz时信噪比高达104:1，远远高于傅立叶变换红 外光谱技术，而且其稳定性更好。
（六）宽带性：
THz脉冲光源通常包含若干个周期的电磁振荡，单 个脉冲的频带可以覆盖从GHz至几十THz的范围， 便于在大的范围里分析物质的光谱性质。
五. THz 技术在国防上的重要作用。
● THz 雷达可成为未来高精度雷达的发展方向:
由于 THz 波比通常微波的频率更高,在远程军事目 标探测、显示前方烟雾中的坦克、远距离成像、多光 谱成像等方面有重要的应用, 能够探测比微波雷达更小 的目标和实现更精确的定位，具有更高的分辨率和更
太赫兹技术应用
太赫兹技术应用的实际应用情况引言太赫兹技术是指在太赫兹频段（0.1-10 THz）进行研究和应用的一种新兴领域。
太赫兹波是介于红外线和微波之间的电磁波，具有高穿透力、非离子性和无辐射危害等特点。
近年来，太赫兹技术在多个领域得到了广泛的应用，包括材料科学、生物医学、安全检测等。
本文将详细描述太赫兹技术在这些领域中的应用背景、应用过程和应用效果。
一、材料科学领域中的太赫兹技术应用1. 应用背景材料科学是太赫兹技术最早被应用的领域之一。
传统的材料性能测试方法往往需要对样品进行破坏性测试或使用昂贵复杂的设备，而太赫兹技术可以通过非接触式测量手段实现对材料内部结构和性能的快速准确分析。
2. 应用过程太赫兹技术在材料科学中的应用过程通常包括以下几个步骤： #### a. 信号发射与接收通过太赫兹源产生太赫兹波，并使用太赫兹探测器接收反射、透射或散射的信号。
这些信号包含了材料的特征信息。
#### b. 数据处理与分析对接收到的信号进行数据处理和分析，提取有用的信息。
常用的方法包括时域分析、频域分析、图像重建等。
#### c. 结果展示与解释将处理和分析得到的数据结果进行展示，并根据结果解释材料的性能和结构。
3. 应用效果太赫兹技术在材料科学中的应用效果主要体现在以下几个方面： #### a. 材料成分分析太赫兹技术可以快速准确地检测材料中不同成分的存在和含量，例如聚合物、金属、陶瓷等。
这对于材料研发和质量控制具有重要意义。
#### b. 材料缺陷检测太赫兹技术可以探测材料中微小缺陷，如裂纹、气泡等。
这对于材料的评估和改进具有重要意义。
#### c. 材料性能表征太赫兹技术可以测量材料的电磁性能，如介电常数、导电率等。
这对于材料的设计和优化具有重要意义。
二、生物医学领域中的太赫兹技术应用1. 应用背景生物医学领域是太赫兹技术应用的另一个重要领域。
太赫兹波在生物组织中具有较好的穿透力，同时对水分子有较强的吸收作用，因此可以用于非侵入式地探测和诊断生物组织。
太赫兹技术及其在研究领域的应用
太赫兹技术及其在研究领域的应用太赫兹技术是一种新兴的电磁波技术，它在频谱中处于微波波段和红外波段之间，频率范围一般为100GHz至10THz。
太赫兹波具有许多唯一的性质，例如低能量、非电离、侵入性小等，使得它在多个研究领域有着广泛的应用。
首先，太赫兹技术在材料科学和化学领域中具有广泛的应用。
太赫兹波能够穿透许多非导电材料，如纸张、塑料、陶瓷等，使其可以被用于材料的非破坏性检测。
太赫兹波还能够探测材料的物理和化学特性，例如晶体结构、分子振动等。
这使得太赫兹技术在药物研究、化学反应机理研究等领域中有着重要的应用潜力。
其次，太赫兹技术在生物医学领域也有广泛的应用。
太赫兹波能够通过生物组织，而且对生物体的辐射损伤相对较小，这使得它被用于生物组织的成像和诊断。
太赫兹成像技术可以对人体内部的微观结构进行高精度的成像，例如病变组织的检测和皮肤病的诊断。
此外，太赫兹技术还可以检测和分析生物分子的动态过程，如蛋白质的折叠和解离过程，这对于药物研发和疾病治疗有着重要的意义。
太赫兹技术还在安全领域中得到广泛的应用。
太赫兹波能够穿透许多非金属材料，例如纸张和塑料，但对金属和水有着很强的吸收能力。
这使得太赫兹波可以用于检测和探测隐藏的金属物体，例如武器、爆炸物等。
此外，太赫兹技术还可以对行李和人体进行安全检查，以提高公共场所、机场和车站的安全性。
最后，太赫兹技术也被应用于通信领域中。
由于太赫兹波的波长相对较短，可以实现高频率的信号传输，因此被用于短距离无线通信。
太赫兹通信技术具有传输速率快、抗干扰性强等优势，被广泛应用于无线电频段受限的场景，如医疗设备的无线通信和军事通信。
总的来说，太赫兹技术在材料科学、化学、生物医学、安全和通信等领域都有着广泛的应用。
随着技术的进一步发展和突破，太赫兹技术有望在更多领域发挥作用，为人类的科学研究、医学健康和社会安全等方面带来更多的创新和突破。
太赫兹技术的研究现状与应用前景
太赫兹技术的研究现状与应用前景随着科技的不断进步，人类对于可以掌握和利用的频率范围也在不断扩大。
而在这些频率范围中，太赫兹波段成为一个备受瞩目的研究领域。
太赫兹波段的频率范围一般为0.1THz到10THz，介于微波频段和红外线之间，被广泛应用于医学、生物、安检、通信等多个领域。
本文将就太赫兹技术的研究现状和应用前景进行探讨。
太赫兹技术的研究现状通过光学、电学或者超导材料等多种方式引起和探测太赫兹辐射已成为当前太赫兹技术研究的主流。
其中光学法最为普及，利用激光系统产生太赫兹脉冲，然后通过探测器进行检测。
此外，一些研究者通过特定材料的局域振荡实现太赫兹波产生，其优点是具有良好的控制性能。
超导材料是太赫兹技术的重要实现手段之一，其超导电性能产生的电磁场可以产生太赫兹辐射。
近年来，越来越多的新材料应用于太赫兹技术研究，例如二维材料和纳米材料。
尽管太赫兹技术发展现状良好，但在太赫兹波产生、探测和处理等方面仍存在许多挑战。
对于太赫兹波的产生，需进一步提高产生效率，提高太赫兹间隔时间，扩展较大的输出功率等问题需要解决。
对于太赫兹波的探测，提高探测灵敏度、额定电压等问题是需要攀登的技术高峰。
处理太赫兹波的方式通常使用太赫兹成像等过程，但仍需进一步提高处理速度和分辨率。
此外，太赫兹技术的应用范围还需要进一步拓展，加强技术创新。
太赫兹技术的应用前景因为太赫兹波对物质有很好的透过性和特异性，因此在医学领域有广泛的用途。
如利用太赫兹波进行组织及肿瘤的成像、皮层保护层的检测等。
在生物领域，利用太赫兹波可进行DNA生物分子调控、生物分子结构研究等。
在安检领域，因为太赫兹波对水分子敏感性极强，因此可应用于检测化学品、烟草、爆炸物等。
此外，太赫兹波亦可应用于通信领域，用于高速通信传输、数据储存等。
可以预见的是，太赫兹技术的应用范围有着更广阔的前景。
利用太赫兹技术可实现对材料建模、热烟云检测、飞行器导航、食品安全检测等。
同时，在太赫兹器件制造方面有着广阔的发展空间，例如利用纳米材料进行制造、提高器件性能等。
太赫兹生物医学应用的研究进展
太赫兹生物医学应用的研究进展摘要：太赫兹技术作为新兴技术的代表形式，目前在多个行业领域中得到了广泛推广与应用，尤其表现在生物医学应用研究领域当中。
针对于此，本文主要结合太赫兹波优势特点，对太赫兹技术在生物医学应用领域中的研究进展问题进行总结归纳，以期可以给相关人员提供参考价值。
关键词：太赫兹技术；生物医学；应用领域；研究进展引言：太赫兹主要是指频率介于0.1~10THz波段内的电磁波，且波长通常处于30μm~3.0mm之间。
从频率上看，太赫兹要明显高于微波，但是低于红外线；从能量大小上来看，太赫兹介于电子与光子之间。
近几年来，随着太赫兹技术水平的持续提升，该项技术在材料科学、通讯雷达以及生物医学等诸多行业领域中得到了广泛推广与应用，具有良好的应用前景。
1太赫兹波优势特点分析1.1 高穿透性与其他光学波段不同，某些对于光学波段不透明的物质，在太赫兹波段中可以表现出透明特征，如比较常见的纸张、塑料等物质。
鉴于太赫兹波高穿透性特点，目前基于太赫兹的非接触式无损检测技术在多个行业检测领域中得到了广泛应用[1]。
1.2 太赫兹特征谱处于太赫兹波条件下，有机大分子大幅度振动与分子之间相互作用期间会表现出明显的太赫兹光谱特点。
可利用太赫兹光谱特点实现对物质理化特性的识别分析。
1.3 光子能量低与传统X射线相比而言，太赫兹光子在能量方面表现更低。
并且在使用过程中可以符合安全操作标准，可以更好地用于安全检测与无损探伤等工作当中。
1.4 高极性分子强吸收高极性分子如水处于太赫兹波中可以体现出强吸收效应。
由此可以推断出，太赫兹可应用于生物体样本等成像检测工作当中，同时也可以完成对皮肤疾病组织（非正常皮肤含水量）的研究分析，甚至也可以实现对表皮癌症组织的准确识别。
1.5 高带宽经过近些年的研究发展，电磁频谱资源已经逐步发展成为战略资源。
其中，太赫兹波所具备的高带宽特点可以应用于现代通讯以及雷达技术等领域当中。
结合当前发展情况，微波毫米波资源基本上分配完成，促使太赫兹频段所具备的高带宽优势越来越明显。
太赫兹科学技术的综述
太赫兹科学技术的综述太赫兹科学技术是一门新兴的跨学科领域，涵盖了电子、物理学、化学、材料学等多个学科，主要研究太赫兹频段（约为0.1~10 THz）的电磁波在生物、材料、化学等领域的应用。
太赫兹波的特点是穿透力强、分辨率高、能量低等，因此在医疗、食品安全检测、无损材料检测等方面具有广阔的应用前景。
近年来，太赫兹技术已经日益成为研究热点和应用热点。
在医疗方面，太赫兹技术可以通过对组织中的分子振动进行分析，实现肿瘤、癌症等疾病的早期检测，同时也可以用于糖尿病等疾病的治疗跟踪。
在食品安全检测方面，太赫兹技术可以实现快速、准确地检测食品中的化学成分、污染物等，对维护人民身体健康具有重要作用。
在材料检测方面，太赫兹技术可以检测材料的内部结构和缺陷，对改善材料的质量、提高生产效率具有重要意义。
目前，太赫兹技术的研究主要围绕着以下几个方面展开：1. 太赫兹光源的研究：太赫兹技术的成功应用的一个重要先决条件是开发出高效、高亮度、可调谐的太赫兹光源，目前研究人员主要探索了其中基于超快激光脉冲产生的太赫兹光源、基于电子枪加速产生的太赫兹光源等不同的方法。
2. 太赫兹波的调制和控制：太赫兹波的频段虽然广阔，但是在可控制和调制太赫兹波属于难题，目前的研究主要集中在太赫兹波的调制和控制技术上，涉及到各种太赫兹工具（如太赫兹三角、太赫兹反射器等）的设计制作。
3. 太赫兹波与生物、材料等领域的交叉研究：太赫兹波的应用研究必须结合物理、化学、材料等多个领域的知识，研究人员们正面临着很多有趣的、具有挑战性的课题，例如太赫兹波与纳米材料的相互作用、太赫兹光生物学等。
4. 太赫兹技术应用的探索和开发：太赫兹技术的应用开发和商业化也是研究人员们共同关注的方向。
例如太赫兹成像、太赫兹光谱等技术可作为新型的生物诊断工具，太赫兹波用于媒体通信，太赫兹光谱用于药物品质控制等等。
由此可见，太赫兹科学技术是一项充满前沿性和潜力的研究工作，未来展望可以预期。
太赫兹科学技术的综述
太赫兹科学技术的综述引言太赫兹科学技术是指利用太赫兹波段的电磁波进行研究和应用的科学领域。
太赫兹波段是指位于红外光和微波之间的频段，频率范围在0.1 THz到10 THz之间。
太赫兹波段具有许多独特的特性，使其在材料科学、生物医学、安全检测等领域具有广泛的应用前景。
本文将对太赫兹科学技术的研究进展和应用进行综述。
太赫兹波的特性太赫兹波有许多独特的特性，使其在科学研究和技术应用中具有广泛的应用前景。
1. 非破坏性：太赫兹波可以透过许多非透明材料，如塑料、陶瓷等，从而可以进行非破坏性的材料检测和成像。
2. 光谱信息：太赫兹波可以提供物质的光谱信息，帮助研究物质的结构和性质。
3. 低能量：太赫兹波的能量较低，对生物体和材料影响较小，使其在生物医学和安全检测中具备潜力。
太赫兹科学技术的研究进展太赫兹科学技术的研究取得了许多重要进展，以下是其中的几个方面：太赫兹波的发射和检测技术太赫兹波的发射和检测是太赫兹科学技术的基础。
近年来，研究人员开发了许多新的太赫兹波发射和检测器件，例如太赫兹波源、太赫兹探测器等。
这些技术的发展大大提高了太赫兹科学技术的研究水平和应用能力。
太赫兹波在材料科学中的应用太赫兹波在材料科学中具有广泛的应用前景。
研究人员利用太赫兹波可以对材料的结构、成分、缺陷等进行非破坏性的检测和表征。
此外，太赫兹波还可以被用于材料的表面和界面分析等领域。
太赫兹波在生物医学中的应用太赫兹波在生物医学领域也有重要的应用价值。
太赫兹波可以透过皮肤、血液等生物组织，对生物体进行非侵入性的检测和成像。
这使得太赫兹波在病理学、药物筛选等领域具有巨大的潜力。
太赫兹波在安全检测中的应用由于太赫兹波对许多非透明材料的透射性，以及对爆炸物、毒品等物质的特异性吸收能力，太赫兹技术在安全检测领域有广阔的应用前景。
太赫兹波可以用于空港、火车站等场所的安全检查，帮助发现隐藏的危险物品。
结论太赫兹科学技术在过去几年取得了令人瞩目的研究进展和应用成果。
太赫兹技术及其应用前景
［ １ 】 丁 红岭 ， 李歆 ． 双 孢蘑 菇 栽培技 术 Ⅱ ］ ． 现 代农 业 科技 ，
２ ０ ０ ９ ， （ ０ ９ ） ： ４ ５ —４ ６ ．
首先农业技术推广部Ｉ 、 － ｊ 要针对蘑菇优质高产栽培技术举行 专题会议 ， 制定推广方案 ， 建立示范样板 ， 成 立推广领 导小组 ， 负 责整个新技术 的推广总体指导工作 。另外还需要做好在 推广过 程 中可 能存 在 的 问题 的预 案 ， 保 证 推 广 工 作顺 利 开 展 。 ３ － ２建 立 示范 点 。 加 强 培训 宣传 示范点是最直观说明这项技术好坏 的一项措施。一是要在 该 地 区建 立 一 定规 模 的 示 范 户和 制作 示 范 样板 ，召 开 不 同规 模 的观摩现场 、 指导会让 种植 户进行观摩交流 ， 这样从小到大 ， 以 点带面 ， 逐步推广该项技术 ； 二是要举办培训班 ， 通过课堂授课 、 现场指导及发放各种有关该技术的影像资料和文字材料 ，让种
１太 赫 兹 波 的 特 点
Ｔ Ｈｚ 波 的频 段 内 ， 基 于这 一特 点 ， Ｔ Ｈ ｚ 波 非 常适 合分析 物 质
的光谱性 质 。 Ｔ Ｈｚ波 具有低 能性 ， 能 量 只有几 毫 电子伏 ， 不易损 坏被 检 物质 ， 所 以在物 质检测 上具有 一定 的优 势 。 Ｔ Ｈｚ波 穿透 非极性 非金 属材 料时衰 减 小 ，可 结 合相 应 技 术探测材 料 内部结构等 信息 。 而极 性物 质水 ， 对Ｔ Ｈｚ 辐 射 的吸 收 比较强 ， 所 以成 像技 术 中 ， 可以利 用这 一特 性分 辨 生
Ｔ Ｈｚ脉 冲很 短 ， 脉冲 宽 度 在 皮 秒 （ ｐ ｓ ， ｌ ｓ ＝ １ ０ １ ２ ｐ ｓ ） 量级 ，
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第七章太赫兹在化学和生物学中的机遇7.1 发展机遇太赫兹科学在化学和生物学领域中的机遇十分广泛。
利用太赫兹技术可以研究分子团簇等气相物质的光谱和动力学性能，这无疑将为研究人员提供更多非共价相互作用方面的重要信息。
同样，研究液体的太赫兹光谱，能够反映出它的集体（非共价）模式，只是液体环境和气相环境截然不同而已。
对液体的研究可以显示出线性和非线性光谱的细节，而且在处理诸如溶剂问题时，还能得到它们的固有特性。
生物膜， LB膜和自组单分子层也是太赫兹的研究对象之一。
生物膜与生物组织具有密切联系，因而十分重要，而LB膜和自组单层分子层则允许人们控制膜的组分和化学功能。
利用太赫兹技术来研究分子间的相互作用，可以补充这些薄膜分子间在红外波段相互作用的研究。
大量有机和无机晶体的声子模式也都处于太赫兹频段，因此可以利用太赫兹对这些晶体的平衡态和动力学过程进行探测与测量。
除材料的声子模式之外，还能利用太赫兹技术研究表面声子模式及吸附物与表面的相互作用。
在迅速发展的电子自旋共振谱方面，太赫兹科学也有诸多机遇。
人们能利用太赫兹技术研究许多无外加场时就存在能级分裂的分子，这对于其他技术则是无法实现的。
另外，利用强太赫兹脉冲的磁场还可以进行自旋翻转实验。
利用太赫兹技术，人们还有可能在分子电子学领域表征分子的电荷转移过程和导电性质。
例如，表征光合作用反应中心的电荷转移的初始步骤。
在蛋白质结构和动力学方面，太赫兹科学更是如鱼得水。
目前，人们已经能够利用氨基酸的太赫兹光谱来区分各种氨基酸，在将来的研究当中，肯定会把蛋白质的二级结构和三级结构等细节显示得更加清楚。
例如，对于螺旋的振动频率已经有许多理论预言，但是一直没有具有说服力的实验结果。
而利用线性的和非线性的太赫兹光谱，研究人员就可以研究毫秒到亚皮秒量级的动力学过程。
目前，研究人员已经能够探测到单个或两个并排的DNA序列，随着该项工作的不断深入必将促使无标记感应器的产生。
而且现在已经实验测得了单个DNA的太赫兹光谱，而在DNA动力学方面，太赫兹研究肯定存在很多非凡的机遇。
随着太赫兹技术和近场光学的不断结合，还能研究超过蛋白质和DNA的更大系统。
目前，大部分化学及生物学领域的太赫兹研究仍然采用连续辐射，也就是说，目前得到的实验结果大多是样品的线性光谱。
直到最近才有非平衡态的研究报道。
它采用光脉冲激发染料/溶剂系统或者量子点样品，在一定时间延迟后，利用太赫兹脉冲探测样品的低频光学性质的演化过程。
这项研究只能采用非连续辐射，因此实验中必须利用超快激光或加速器的脉冲辐射源。
可以预测，在化学和生物学领域的研究当中，将会越来越多地涉及非平衡系统，因而对脉冲式太赫兹辐射源也必然会提出更多要求。
7.2面临的挑战目前，化学和生物学面临的最大挑战是用特定方式控制化学反应。
为了达到对化学反应的控制，分子系统的能量就不能随机进入各个反应自由度，而应该被导入到特定的模式或某些模式的集合中去。
反应模式控制的相关问题是在皮秒时间量级内发生的溶剂化相互作用，尤其是其中的水分子作用。
由于化学和生物学都是处理分子间的相互作用，所以在这里把它们放在一块讨论。
当然也对它们进行进一步的区分。
在这里可以认为化学主要是涉及较小的分子（如小于蛋白质的分子）以及由重复单体构成的聚合物。
而生物学则主要涉及一些巨大的分子，甚至病毒、细胞、组织等。
太赫兹光子的能量为4 meV，约是300K下一个自由运动的粒子平均动能的1/6，因此太赫兹频段的共振可以被热运动激发。
这些共振从本质上来说是非简谐的，所以很难采用分子动力学进行计算。
另外，在它们所处的光谱范围内，传统的辐射源也很少。
因此，太赫兹科学就成了基础化学中一个真正的前沿领域。
生物系统是由时变大分子构成的，而且这些分子之间存在着极为复杂的相互作用，这就给研究人员提出了更大的挑战：生物复合体（如单个细胞）的结构本身就极其复杂而有趣，且它们还随时间变化。
目前，能够测量这种网络中化学状态变化的方法很少，并且这些方法也都需要使用非常麻烦的标记技术。
既然太赫兹波段对于系统中的集体运动模式十分敏感，那么可以设想在单个细胞中利用太赫兹来实现分子相互作用的跟踪和成像。
7.3 太赫兹在化学中的应用7.3.1气相物质从最简单的真空中的单个分子或分子团出发，太赫兹可以探测轻分子的转动动力学，较重分子的低频扭转模式以及分子团的分子间集体模式。
气相太赫兹时域光谱技术还可以研究火焰中分子的转动跃迁，研究人员利用它已经探测了甲基卤化物中的逆向隧穿。
过去几年中，在亚微米和红外光谱方面已经有大量气相物质的研究。
从而使研究人员对分子和团簇的结构及动力学有了更深的理解。
7.3.2团簇光谱考虑分子溶剂化。
目前，人们已经可以用气相注入技术制备一些复杂的分子团，其中心为一个分子，而周围被大量的“溶剂分子层”所包围。
因为这些团簇分子具有低频非简谐模式，因此为了研究其等势能面，必须在很宽的频率范围内测量其光谱，而太赫兹正好具有这种优势。
随着溶剂化效应的增强，可以预期溶质分子及溶剂分子的太赫兹集体模式都将发生变化。
这项研究与生物学有紧密的联系。
这是由于蛋白质中的染色体被周围的氨基酸扰动，而这种扰动深刻影响着反应途径。
7.3.3液体考虑到凝聚态物质中的动力学，太赫兹波段对于分子和周围溶剂间亚皮秒时间量级的相互作用非常敏感。
在非常小的时间量级上，光子回声、烧孔以及其他的时间分辨光谱都是可能的，因而研究人员能够研究选定构型的结构变化的动力学过程。
如利用非线性太赫兹技术，研究人员能研究振动弛豫过程。
在液相中，各种局部结构之间的相互转化过程发生在皮秒或更慢的时间量级。
太赫兹强场还会引发分子取向运动或离子间运动，而这些运动会导致局部结构的变化和几何构型的非平衡分布。
例如，当溶液中的染色体受到光激作用后，研究人员能监控集体溶剂响应。
图 7-1（a）中给出了氯仿的稳态吸收光谱，从图中可以看出42cm-1处有一个不完全阻尼振动模式。
如果把2，11，20，29-tetra-tert-2,3-butylnaphthlocyanine(TBNC)溶解入氯仿后再进行光激作用，从图 7-1（b）中就看出集体溶剂模式受到了影响。
上述的不完全阻尼模式变为过阻尼，原因在于TBNC分子受光激作用而导致溶剂分子重新取向。
图 7-1 (a)氯仿的静态光谱，(b)被激发的染料分子附近的集体溶剂模式的吸收光谱7.3.4自组分子结构自组单分子层、LB膜、生物膜及油脂双分子层受分子间相互作用的影响很强烈，因此它们成为了太赫兹研究的对象。
这项技术将填补这些膜中在红外波段的分子间相互作用的研究。
研究人员还能制备更复杂的异质结构，并利用太赫兹技术直接研究其中的相互作用。
7.3.5部分无序固体现在考虑固态凝聚相，它们常以晶格的形式存在。
在部分无序固体中，许多晶格振动模式，即声子模式，处于太赫兹频段。
在诸如玻璃这样的无序固体中，太赫兹模式存在一个固有的非均匀加宽，在生物分子中这种加宽更强烈。
在部分无序系统（如混合铁电晶体）中，离子或分子有隧穿自由度，而这种自由度会引起结构变化。
太赫兹强场会引起这种自由度上的运动从而导致结构变化。
测量这种系统的太赫兹烧孔、光子回波，以及高阶光谱响应将会加深人们对此类系统的局部或集体结构变化的动力学研究。
7.3.6晶体在众多晶体中，软光学声子模式的运动会引起结构相变和畴翻转。
太赫兹辐射能够激发晶格的大振幅振动，使研究人员可以直接测量特定模式的非简谐性。
例如，三阶或更高阶光谱能为人们提供研究高阶非线性的重要信息。
在大振幅响应的极限情况下，研究人员可以细致地监控形变过程中的集体结构变化。
太赫兹技术还可以表征不同晶体模式的耦合。
在极大振幅情况下，还可能引发晶格结构的集体重组。
离子可能沿着特定的晶格振动坐标运动到远离原来位置的地方，在新位置它们所处的相和畴取向可能与原来完全不同。
7.3.7利用太赫兹控制化学电子转移在电场振幅足够强的情况下，太赫兹场对许多系统的非共振电子响应具有强烈的影响。
这里重点讨论强度为0.1－1MV/cm的太赫兹场，及其对化学和生物中的光致电子转移反应的影响。
这一强度范围的辐射场有两种影响电子转移的方式。
第一，它可能会使电子转移速率发生很大的变化，如静态场作用下发生的变化一样。
而此情况下的转移速率往往随外加电势指数增长。
这对光化学的电子转移可能有重要影响，尤其是在电子转移速率受激发态寿命限制的情况下。
第二，太赫兹场的强度可能与驱动电子转移的电化学势大小相当，因此太赫兹场完全有可能影响热力学和动力学过程。
利用这一点，研究人员可以对电子转移进行方向选择。
7.3.8磁现象尽管研究人员经常把重点放在太赫兹场的电场分量上，但太赫兹场也伴随有磁场分量。
许多分子表现为单分子磁性（即顺磁性），如自旋为10的醋酸锰团簇。
对于生物系统来说，电子自旋共振和时间分辨的电子自旋共振是非常重要的，因为在生物体系中，原子的自旋态与其所处环境是紧密联系、相互作用的。
这些自旋系统的动力学性能高度敏感地依赖于分子的结构，可以利用太赫兹电子自旋共振技术对它进行研究。
如果有极大振幅的太赫兹脉冲，就可以利用与之联系的磁场进行自旋翻转实验。
例如，一个自旋s = 1/2的自由电子，假设脉冲时间为一个皮秒，那么π/2脉冲对应的磁场大小为9T。
为了满足这个要求，需要一个能量为9mJ的1皮秒太赫兹脉冲。
随着太赫兹强场科学的发展，在不远的将来，完全有可能实现这样的脉冲。
7.4 太赫兹在生物学中的应用上文中对化学方面做的大量讨论也都能应用到生物学中，只是生物分子更大，更复杂（而且大部分具有手性）。
因生物分子的骨架振动以及构型弯曲等集体振动模与生物分子的结构和构象高度相关,且对环境因素非常敏感。
理论计算预言，DNA 螺旋和碱基的扭曲与释放等对应的运动形式以及蛋白质的集体振动模恰位于0.16～5THz 频率范围。
7.4.1 固态生物材料的太赫兹光谱将THz光谱技术用于生物分子的研究始于2000年，短短几年来，相继有核苷酸、糖类、DNA、蛋白质、氨基酸等不同类别的多种生物分子的THz光谱被报道。
研究表明，它们对THz波具有灵敏的光谱响应，在THz波段（目前报道的有效光谱实验范围一般为0-3.0THz）具有各自的特征吸收，其特征吸收主要来自于分子的集体振动模。
已获得近20种蛋白质氨基酸以及它们的若干手性对映体、外逍旋化合物的THz光谱，人们已经可以利用氨基酸的THz光谱来区分它们。
在获得生物分子的THz实验光谱的同时，人们也在寻求对THz实验光谱的理论解释机制，包括光谱的特征吸收峰的归属，它们所对应的分子振-转模式和分子之间的相互作用等。
一些量子化学计算方法，如密度泛函、从头算理论（HF）、半经验算法等，被用于对分子在THz波段的振动吸收光谱进行计算，其结果与实验结果相互佐证，并提供了在实验有效光谱范围以外的光谱预测。