Ερευνητές του Πανεπιστημίου Rice ανέπτυξαν μια εξελιγμένη 3D κοιλότητα φωτονικών κρυστάλλων η οποία μπορεί να παγιδεύσει και να ελέγχει το φως, ξεκλειδώνοντας ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ φωτός και ύλης. Το έργο τους (βρίσκεται στο τέλος του άρθρου) διερευνά τον τρόπο με τον οποίο τα φωτόνια και τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν κάτω από έντονες συνθήκες, αποκαλύπτοντας εξωτικές κβαντικές καταστάσεις όπως τα πολαριτόνια ενώ εισέρχονται και στη σφαίρα της εξαιρετικά ισχυρής σύζευξης.
Όπως περιγράφουν οι ίδιοι, κάτι που ξεκίνησε ως μια απλή μελέτη του περιορισμένου φωτός, εξελίχθηκε σε μια επαναστατική ανακάλυψη της σύζευξης φωτονίων με τη μεσολάβηση της ύλης, ανοίγοντας τις πόρτες για νέους τύπους κβαντικών κυκλωμάτων, superfast computing και εξαιρετικά ασφαλείς επικοινωνίες. (το άρθρο συνεχίζεται κάτω από το video)
Μια ομάδα ερευνητών του Πανεπιστημίου ανέπτυξαν έναν νέο τρόπο ελέγχου του πως το φως αλληλεπιδρά με την ύλη χρησιμοποιώντας μια ειδικά σχεδιασμένη δομή γνωστή ως τρισδιάστατη φωτονική-κρυσταλλική κοιλότητα. Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύονται στο Nature Communications, θα μπορούσαν να ανοίξουν το δρόμο για σημαντικές προόδους στην κβαντική πληροφορική, την κβαντική επικοινωνία και άλλες αναδυόμενες κβαντικές τεχνολογίες.
Φανταστείτε να στέκεστε σε ένα δωμάτιο που περιβάλλεται από καθρέφτες, ανέφερε ο Fuyang Tay, απόφοιτος του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών Εφαρμοσμένης Φυσικής του Rice και συγγραφέας της μελέτης. Αν ανοίξετε έναν φακό μέσα, το φως θα αναπηδά μπρος-πίσω συνεχώς. Πρόκειται για έναν τρόπο παρόμοιο με το πως λειτουργεί μια οπτική κοιλότητα, μια προσαρμοσμένη δομή που παγιδεύει το φως ανάμεσα σε ανακλαστικές επιφάνειες, επιτρέποντάς του να αναπηδά σε συγκεκριμένα μοτίβα.
Αυτά τα μοτίβα φωτός έχουν ξεχωριστές συχνότητες και μπορούν να ενισχύσουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ φωτός και ύλης. Κάτι τέτοιο τα καθιστά ιδιαίτερα χρήσιμα ως προς τη μελέτη για την ανάπτυξη laser και αισθητήρων υπερ-ακρίβειας, τη βελτίωση των φωτονικών κυκλωμάτων και τη δημιουργία κβαντικών πληροφοριακών συστημάτων. Ωστόσο, η κατασκευή οπτικών κοιλοτήτων αποτελεί πρόκληση και οι περισσότερoi χρησιμοποιούν απλούστερα μονοδιάστατα σχέδια.
«Είναι γνωστό ότι τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν έντονα μεταξύ τους, αλλά τα φωτόνια όχι», δήλωσε ο Junichiro Kono, ένας από τους συγγραφείς της μελέτης. Αυτή η κοιλότητα περιορίζει το φως, το οποίο ενισχύει έντονα τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία και οδηγεί σε ισχυρή σύζευξη μεταξύ φωτός και ύλης, δημιουργώντας κβαντικές καταστάσεις υπέρθεσης ⎯ τα λεγόμενα πολαριτόνια.
Τα πολαριτόνια, γνωστά και ως υβριδικές καταστάσεις φωτός-ύλης, παρουσιάζουν έναν τρόπο ελέγχου και χειρισμού του φωτός σε πολύ μικρές κλίμακες, γεγονός που θα μπορούσε να επιτρέψει ταχύτερους και ενεργειακά αποδοτικότερους κβαντικούς υπολογιστές και τεχνολογίες επικοινωνίας. Τα πολαριτόνια μπορούν επίσης να συμπεριφέρονται συλλογικά, δημιουργώντας καταστάσεις κβαντικής διεμπλοκής που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για νέους τύπους κβαντικών κυκλωμάτων και αισθητήρων.
Aν η αλληλεπίδραση που συνδέει τα φωτόνια και τα ηλεκτρόνια σε πολαριτόνια είναι εξαιρετικά έντονη, σε σημείο όπου η ανταλλαγή ενέργειας μεταξύ φωτός και ύλης συμβαίνει τόσο γρήγορα που αντιστέκεται στη διάχυση ⎯ ένα νέο καθεστώς τίθεται σε ισχύ, γνωστό ως ισχυρή σύζευξη.
«Η ισχυρή σύζευξη περιγράφει έναν ασυνήθιστο τρόπο αλληλεπίδρασης μεταξύ φωτός και ύλης, όπου τα δύο γίνονται υβριδισμένα», αναφέρουν οι ερευνητές
Αν και αρχικά οι ερευνητές επικεντρώθηκαν κυρίως στο πώς η τρισδιάστατη κοιλότητα φωτονικού κρυστάλλου χρησιμεύει για την αύξηση της σύζευξης φωτός-ύλης, η συνειδητοποίηση ότι η διάταξη θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την πρόκληση σύζευξης φωτονίων-φωτονίων με τη μεσολάβηση της ύλης αποτέλεσε ίσως ένα από τα πιο σημαντικά σημεία στην έρευνα. Μπορείτε να διαβάσετε αναλυτικά τις πηγές από κάτω
Πηγές:
Nature Communications: Multimode ultrastrong coupling in three-dimensional photonic-crystal cavities
They Built a Crystal to Trap Light – And Found a New Kind of Quantum Link
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
VIA: TechManiacs
