В проведенном недавно российско-итальянском исследовании были обнаружены новые, необычные свойства квазичастиц — поляритонов — при сверхнизких температурах. Открытие удалось сделать благодаря использованию в эксперименте волновода с необычной геометрией. Ведущую роль в совместном исследовании сыграли молодые ученые из Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Communications. Проект поддержан программой «Приоритет-2030» в рамках стратегического проекта «Релятивистская квантовая инженерия».
Предметом исследования ученых стали экситонные поляритоны. Так в физике называют квазичастицы, представляющие собой системы из взаимодействующих между собой фотонов (то есть квантов света) и экситонов. Экситоном же в свою очередь называют электронное возбуждение в диэлектрике или полупроводнике, мигрирующее по кристаллической решетке вещества. Система, «состоящая» из взаимного превращения экситонов в фотоны и обратно, образует экситонные поляритоны, которые также называют «частицами жидкого света».
Экситонные поляритоны обладают полным набором свойств света: характеризуются фазой, поляризацией, длиной волны, могут быстро двигаться, но при этом они же обладают и свойствами обычных материальных частиц: взаимодействуют с кристаллической решеткой, отталкивают друг друга, ускоряются, замедляются, реагируют на внешние поля.
По классификации, принятой в физике, экситонные поляритоны относятся к классу частиц и квазичастиц, называемых бозонами, и соответственно, обладают всеми общими для бозонов свойствами. Одно из них заключается в том, что при низких температурах бозоны образуют бозе-конденсат – «сообщество» частиц, большинство которых характеризуется «коллективным поведением» – они находятся в одном и том же квантовом состоянии, при этом на минимальном уровне энергии. Большинство, но все-таки не все. Те частицы, которые при температуре порядка четыре кельвина (то есть минус 269 градусов по Цельсию), не идут «вслед за коллективом», и обладают другими, не такими как у большинства квантовыми состояниями, называются надконденсатными.
Исследовать надконденсатные частицы очень сложно – именно потому, что их мало, и их в буквальном смысле «загораживает» активность обычных частиц конденсата. В частности, если говорить об экситонных поляритонах, которые были предметом исследования в НИЯУ МИФИ, то их век недолог, такая квазичастица живет менее нескольких десятков триллионных долей секунды, после чего распадается, превращаясь просто в свет. Состоящий из поляритонов бозе-конденсат постоянно светится, но этот свет излучают распадающиеся частицы, находившиеся в наинизшем квантовом состоянии, то есть относящиеся к «большинству», – и в этом световом потоке невозможно обнаружить те немногочисленные фотоны, которые получились при распаде надконденсатных частиц. Свет «большинства» буквально затмевает информацию, которую можно было бы получить от «меньшинства».
Именно поэтому, исследование надконденсатных частиц представляет собой небанальную научную проблему. Решить ее ученые из НИЯУ МИФИ — аспирантка кафедры теоретической ядерной физики Анна Грудинина и доцент Нина Воронова — смогли, изменив среду, в котором существует бозе-конденсат, точнее – изменив геометрию волновода, в котором он образуется.
В волноводе из арсенида галлия с периодическими насечками свойства поляритонов меняются. В частности, если обычно трехмерный график, который описывает зависимость энергии элементарной частицы от ее импульса, имеет форму параболоида, то в волноводе с насечками он приобретает седлообразную форму, при этом энергия частиц в таком бозе-конденсате зависит от направления их движения – то есть, как говорят физики, такой бозе-конденсат обладает анизотропией. Но главное даже не это, а то, что в волноводе с насечками «большинство» частиц, составляющих бозе-конденсат неожиданно приобретает «бессмертие», они перестают распадаться, а значит перестают светиться. Таким образом, их свет не загораживает свечение надконденсатных частиц, и его можно измерять и изучать.
Свойства надконденсатных частиц в данном эксперименте оказались тоже очень необычными, графики, которые описывают связь энергии и импульса частиц в таких системах до сих пор в подобных исследованиях не встречались. Такой график уже обладает формой не параболоида и не седла, а сложной структуры с «желобками», в двумерных сечениях этого графика обнаруживаются плоские по энергии зоны и другие необычные особенности, такие как линеаризация спектра.
«Полученные результаты могут быть использованы в качестве инструмента для придания новых фундаментальных свойств самим бозе-конденсатам, – таким как, например, анизотропная сверхтекучесть, – и в очередной раз подчеркивают невообразимое богатство экситон-поляритонных систем», – говорит инициатор исследования, кандидат физико-математических наук Нина Воронова.
Первоначально, свойства надкондендсатных поляритонов были теоретически рассчитаны в НИЯУ МИФИ (расчеты проводила аспирант Анна Грудинина), а затем теоретические предсказания были проверены экспериментально в итальянской лаборатории Advanced Photonics Института нанотехнологий CNR-NANOTEC. Экспериментальные наблюдения практически совпали с предсказаниями теории.
Результаты проведенного исследования важны не только сами по себе, но имеют и методическое значение – они показали, что, работая с геометрией волноводов, можно варьировать условия эксперимента и обнаруживать новые свойства элементарных частиц. Таким образом, исследование является вкладом в инженерию будущих физических экспериментов.
Источник: https://naked-science.ru/

Новый метод производства люминофорной керамики, необходимой для производства диодов, лазеров и других фотонных приборов, разработали ученые Томского политеха. Новая импортозамещающая технология, по словам создателей, отличается от аналогов высокой производительностью и возможностью точно управлять свойствами продукта. Результаты опубликованы в журнале Materials.

Люминофоры – вещества, преобразующие поглощаемую световую, механическую или тепловую энергию в световое излучение. Они используются в фотонике для изготовления люминесцентных ламп, светодиодов, индикаторов излучения и других приборов.

Применяемые сегодня методы синтеза люминофорной керамики, по словам специалистов, часто приводят к возникновению дефектов в структуре материала. Это связано с низкой управляемостью процессов в ходе твердофазных реакций, а также с использованием вспомогательных веществ, продукты разложения которых остаются в керамике, снижая ее качество.

Специалисты инженерной школы новых производственных технологий Томского политехнического университета предложили уникальный метод синтеза люминофорной керамики. По словам авторов, его отличия от аналогов – возможность точного управления свойствами продукта, высокие скорость и производительность.

«Особенность метода состоит в применении высокоэнергетического электронного пучка, под действием которого идет спекание порошков исходных оксидов. Разработка прежде всего ориентирована на создание в России импортонезависимого производства люминофоров для светодиодов, но в перспективе она позволит создавать широкий спектр материалов для современной фотоники», – рассказала профессор отделения материаловедения Томского политеха Елена Полисадова.

В рамках новой технологии ученые создали метод промышленного получения иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами церия, – ключевого материала для производства диодов с белым светом.

«Наша технология получения люминофорной керамики – самая быстрая из существующих, за одну секунду синтезируется сразу 10–20 граммов вещества. Смесь порошков подвергается мощному воздействию потока электронов, что приводит к радиолизу, то есть распаду оксидов на ионы с последующим соединением», – объяснила Полисадова.

В ходе исследования ученые проанализировали влияние параметров электронного пучка и состава компонентов на конечный продукт. Эти данные станут основой для методов производства новых типов керамики, необходимых для создания фотосенсоров, лазеров, устройств фотовольтаики и других приборов, отметили в Томском политехе.
«Предложенный нами подход позволяет спекать разные вещества, оперативно меняя состав компонентов. Благодаря этому можно не только синтезировать керамику сложного состава, но и быстро выяснять закономерности влияния различных компонентов на свойства конечного продукта», – рассказала Елена Полисадова.

Исследование проводится при поддержке гранта Российского научного фонда №23-73-00108. В дальнейшем научный коллектив намерен продолжить разработку универсальных технологий радиационного синтеза материалов на основе тугоплавких соединений.
Томский политех является участником государственной программы поддержки вузов «Приоритет-2030».

Источник: https://ria.ru/

Группа американских исследователей разработала сверхпроводниковый однофотонный детектор с нанопроволокой (SNSPD) для сверхчувствительных камер. Разрешение матрицы составляет 400 000 пикселей — в 400 раз больше, чем у альтернативных устройств, этого достаточно для захвата отдельных фотонов. Камеры с таким детектором подойдут для астрономических наблюдений и исследований мозга.
Хотя технология захвата отдельных фотонов была разработана российскими учеными еще два десятилетия назад. До сих пор инженерам не удавалось создать устройство, которое можно было бы использовать за пределами сложных лабораторных установок. Американским ученым удалось преодолеть препятствия, связанные с электрическими помехами, скоростью считывания и влиянием температуры окружающей среды, чтобы создать быструю и чувствительную камеру.
SNSPD — представляют собой устройства из тонкой пленки сверхпроводящего материала, чувствительной к одиночным фотонам. Инженеры разработали из нанопроволок матрицу площадью 4×2,5 мм с разрешением 5×5 мкм, что соответствует 400 000 пикселей. Анализ показал, что устройство эффективно работает в различных диапазонах от видимого до ультрафиолетового и инфракрасного света и делает снимки со сверхвысокой скоростью, измеряемой пикосекундами.
Эта технология может быть использована при исследовании космоса. Большая проблема для астрономов — обнаружение небольших экзопланет на фоне гигантских звезд. Мощности классических приборов зачастую не хватает для обнаружения тусклого свечения планеты на фоне яркого источника. Но чувствительный детектор одиночных фотонов может решить эту проблемы, считают разработчики. Другое возможное применение — биооптические приборы для визуализации процессов внутри головного мозга.
Источник: https://hightech.fm/

Немецкие ученые изготовили солнечный элемент из перовскита с углеродным электродом и двойным слоем из органических полупроводников. Такой подход повышает коэффициент заполнения устройства и напряжение разомкнутой цепи и доказывает, что эффективность перовскитовых фотоэлементов можно повысить без внесения серьезных конструктивных изменений. Полученный фотоэлемент продемонстрировал стабильную работу на протяжении 2500 часов при температуре 65 градусов Цельсия в азотной среде.
Замена дорогих материалов — золота, серебра и меди — в перовскитовых фотоэлементах обычно приводит к потере эффективности и проблемам со стабильностью работы.
«Для печатных элементов мы хотим в конечном счете перенести эту технологию на рулонную производственную линию», — заявил Ду Тиань, один из разработчиков инновационного элемента из Университета Эрлангена — Нюрнберга.
Следующим шагом к коммерциализации изобретения станет изготовление миниатюрных солнечных модулей на стеклянной положке, затем — солнечных модулей на гибкой подложке и, наконец, переход к рулонному способу печати фотоэлементов.
Поверх подложки из стекла и оксида индия-олова находится слой транспорта электронов из оскида олова, перовскитовый поглотитель, двойной слой транспорта дырок и углеродный электрод. Такая конфигурация создает каскад энергии, укрепляет омический контакт с углеродом и снижает поверхностную рекомбинацию перовскита, сообщает PV Magazine.
Испытания устройства в условиях стандартного освещения показали эффективность преобразования энергии на уровне 19,2%, напряжение разомкнутой цепи — 1,11 В, ток короткого замыкания — 23,7 А, коэффициент заполнения — 76%. У контрольного образца с одним слоем транспорта дырок показатели были ниже: эффективность 17,3%, напряжение разомкнутой цепи 1,06 В, ток короткого замыкания — 23,3 А.
Кроме того, фотоэлемент продемонстрировал стабильную работу на протяжении 2500 часов при температуре 65 градусов Цельсия в азотной среде. Полученные учеными результаты говорят о том, что углеродные электроды могут существенно увеличить внутреннюю стабильность перовскитовых солнечных элементов без внесения серьезных конструктивных изменений.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Ученые использовали лазер для управления «квантовой случайностью». Исследование опубликовано в журнале Science. Исследователи из Массачусетского технологического института продемонстрировали возможность контролировать квантовые флуктуации в оптических системах. Технология пригодится для развития вероятностных вычислений и обнаружения слабых полей.
На макроуровне вакуум представляет собой место, лишенное материи. Но в квантовой физике даже в этой пустоте существуют крошечные колебания энергии — флуктуации, связанные со случайными возникновением и уничтожением виртуальных частиц. Этот эффект уже используется для генерации случайных чисел.
Физики использовали крошечные лазерные воздействия для управления оптическим параметрическим генератором — системой, которая генерирует случайные числа на основе квантовых флуктуаций. Исследование показало, что с помощью крошечных воздействий можно контролировать выходные значения генератора. В результате эксперимента исследователи создали первый в истории управляемый фотонный вероятностный бит (p-бит).
В обычных или классических компьютерах каждая задача является детерминированной, то есть выполняется поэтапно, и результат каждый раз остается одним и тем же. Этот подход имеет ограничение — он затрудняет моделирования сложных физических систем, в которых проявляются квантовые эффекты (случайность и неопределенность).
Альтернативная концепция, вероятностные вычисления, основана на статистическом выводе, стохастических процессах и вероятностных моделях для моделирования и изучения явлений, связанных со случайностью, и сценариев, где существует несколько решений, а изучение различных возможностей может привести к лучшим результатам.
Для практической реализации вероятностных вычислений нужно контролировать распределение вероятностей, связанных с квантовыми флуктуациями. Именно такую возможность продемонстрировали физики в своем исследовании.
Источник: https://hightech.fm/

В новом эксперименте, описанном в журнале Physical Review Letters, физики предлагают преодолеть эти трудности с помощью инновационного подхода. Методика предполагает интеграцию динамической оболочки вместо традиционных мишеней для лазерной бомбардировки, используемых для ИЯС.
В традиционном подходе ИЯС мишень для высокоэнергетической лазерной бомбардировки состоит из небольшого количества криогенно замороженного ДТ внутри сферической оболочки. При этом термоядерное топливо удерживается инерционными силами. При контакте с лазерным лучом нагретая оболочка доводит топливо (ДТ) до экстремально высоких температур и давлений. При благоприятных условиях оболочка разрушается и воспламеняется, что приводит к слиянию изотопов.
Однако этот метод имеет ряд недостатков. Если применить его на энергопроизводящей установке, то потребуется использовать около миллиона мишеней в день. Мало того, что их производство займет много времени, так еще и криогенные процессы, обеспечивающие их изготовление, являются дорогостоящими.
Динамические оболочки производить проще и дешевле. Реакции, в которых они используются, предполагают установку жидких мишеней ДТ внутри капсул из пропитанного пенопласта. При облучении высокоэнергетическими лазерными лучами капсула расширяется, образуя тонкую оболочку, затем имплантируется и разрушается при воспламенении. Поскольку мишень жидкая, оболочка не требует криогенного процесса. Пластиковая оболочка формируется с помощью одного из самых мощных в мире лазеров OMEGA. В результате образуется оболочка с плотностью, равной плотности жидкого топлива ДТ.
Достигнув капсулы, лазер проникает в ее центр и отражается от ее внешней поверхности. Затем материал, подвергшийся удару, расширяется наружу, и давление падает под действием давления абляции лазера. В этот момент включается регулировочный удар, направленный внутрь сферы, при сохранении давления абляции. В результате этого удара аблятор и топливо сжимаются, и капсула превращается в тонкую оболочку. Затем образовавшаяся оболочка ускоряется и сжимается высокоэнергетическим формирующим лазером (OMEGA), что приводит к запуску термоядерной реакции.
Помимо простоты изготовления, динамическая оболочка не требует трубки-заполнителя и более симметрична при имплозии. Кроме того, она менее чувствительна к лазерному отпечатку и неопределенности, связанной с взаимодействием со льдом (из-за отсутствия криогенной обработки).
«Сочетание этой концепции мишени с высокоэффективной лазерной системой, разрабатываемой в настоящее время в Лаборатории лазерной энергетики, откроет очень привлекательный путь к термоядерной энергии», — полагает Игуменщев.
Однако для получения термоядерных реакций, которые могут быть применены в энергетических установках, лазерные импульсы должны быть более энергичными и длинными. Тем не менее, проведенное исследование демонстрирует возможность реализации этой новой концепции.
Источник: https://www.atomic-energy.ru/

Ученые ИТМО предложили новый подход к созданию метаматериалов, чтобы усилить взаимодействие света с веществом. Метод поможет создать более компактные лазеры и чувствительные сенсоры. По сравнению с традиционным подходом, технология требует меньшей точности и позволяет использовать более дешевое оборудование. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Nano Letters.
Чтобы детектировать различные вещества методами оптической сенсорики, физики используют метаматериалы. Это материалы, которые выступают в качестве резонаторов и усиливают взаимодействие света с веществом. Дело в том, что каждая молекула взаимодействует с определенной длиной волны света. Резонатор настроен на длительное удержание света на заданной длине волны — поэтому вероятность обнаружить молекулу, то есть чувствительность детектора, повышается.
Чтобы сделать детектор более точным, ученые стараются повысить эффективность удержания света метаматериалами — и даже придумали способ создать «идеальный» резонатор, который удерживает свет бесконечно долго. Однако на практике устройство бесполезно — такой резонатор совсем не впускает и не выпускает свет, не позволяет менять оптический сигнал.
Поэтому ученые стремятся научиться искажать этот «идеальный» резонатор так, чтобы структура — метаповерхность — впускала и выпускала свет наружу в нужном количестве. При этом чем больше внести искажений, тем шире будет «дверца», через которую свет сможет заходить и выходить.
Обычно метаповерхности состоят из одинаковых частиц, расположенных в упорядоченной последовательности. Чтобы исказить структуру, ученые незначительно меняют положение всех частиц, но это сложно и не всегда удобно.
Ученые из ИТМО, Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН и Чжэцзянского университета (Китай) предложили настраивать связь резонатора и окружающего пространства другим способом: изменять положение не всех частиц, а только части из них, но при этом поворачивать их под более существенным углом. Это позволяет достигать такой же связи света и вещества, как при изменении всех частиц. Технология требует меньшей точности, поэтому позволяет использовать более дешевое оборудование. В своем подходе физики рассмотрели каждый отдельный элемент метаповерхности как приемо-передающую антенну, которая принимает свет и отдает его в эту структуру. Чтобы частицы могли выступать в качестве таких антенн, авторы предложили деформировать часть из них.
Результаты исследования помогут создать более чувствительные сенсоры, а также снизить требования к среде излучения лазеров и сделать лазеры меньше в несколько раз. Это позволит снизить потребление энергии и создать более компактные источники света. Также результаты актуальны для создания различных нелинейных эффектов, которые в перспективе позволят сделать более компактный преобразователь длины волны на чипе. Например, такие устройства используются для оптоволоконной связи, чтобы передавать больше информации по волокну.
«Мы планируем продолжать исследование и хотим применить наш подход для света циркулярной поляризации — когда направление электромагнитного поля двигается по спирали, а не по прямой. Такой свет хорошо взаимодействует с закрученными в спираль молекулами. Молекулы могут быть закручены в разных направлениях — и в зависимости от этого могут быть как ядом, так и лекарством для человека, поэтому важно уметь их различать. Если мы создадим структуры, которые поддерживают электромагнитный свет, закрученный только в одну сторону, то научимся различать эти молекулы — в частности, это пригодится в сенсорике», — рассказал один из авторов статьи, старший научный сотрудник физического факультета Михаил Рыбин.
Источник: https://indicator.ru/

Помогла добавка с двумя диазириновыми группами
Китайские химики научились удерживать органические катионы в перовскитных солнечных элементах с помощью соединения с двумя диазириновыми группами. Полученные солнечные элементы потеряли менее двух процентов эффективности за тысячу часов непрерывной работы. Результаты исследования опубликованы в журнале Joule.
Смешанные галогениды свинца со структурой перовскита в настоящее время считаются самым перспективным материалом для фотовольтаки. Эффективность перовскитных солнечных элементов выросла с 3,8 до 26 процентов, а тандемы кремний-перовскит недавно достигли эффективности 33,2 процента.
Однако пока что перовскитным солнечным элементам существенно не хватает стабильности. Под действием высокой температуры, электрического поля и следов воды и кислорода в них ухудшается транспорт зарядов на электроды, начинается миграция ионов, а затем — и необратимое разрушение кристаллической решетки перовскита.
Кристаллическая решетка перовскита APbX3 состоит из трех типов ионов. Октаэдры галогенидов свинца PbX6, соединяются друг с другом общими галогенидными вершинами, а в пустотах между ними располагаются более крупные однозарядные катионы: метиламмония (MA), формамидиния (FA) или цезия. Первые два типа органических азот-содержащих катионов могут покинуть решетку перовскита — с этого обычно и начинается деградация солнечного элемента.
Следующая стадия разрушения — ионная миграция. Потеря крупных катионов открывает удобные каналы для движения анионов иода и брома: они могут занимать свободные места между октаэдрами или продвигаться дальше под действием электрического поля. Число вакансий и других дефектов в кристалле продолжает расти, а эффективность солнечного элемента падает. Однако проблемы не заканчиваются в активном слое: полученные продукты (молекулярный иод, а также метиламин, который получается из катионов метиламмония) могут накапливаться под металлическими электродами и вызывать образование микротрещин. Это тоже снижает эффективность солнечного элемента.
Эффективный способ для связывания органических катионов нашли китайские химики под руководством И Цяня Чжаня (Yiqiang Zhan) из Фуданьского Университета.
Источник: https://nplus1.ru/

Российско-итальянская группа ученых представила новые металл-органические соединения, обладающие сине-зеленым свечением. Его характеристиками можно управлять, варьируя в таких комплексах атом металла, с которым связаны органические молекулы, или лиганды. Такое «соседство» лиганда и металла позволило авторам повысить интенсивность свечения соединений почти в 40 раз в сравнении с исходной органической молекулой.
Данная технология позволит разработать новое поколение органических светодиодов белого цвета свечения, имеющих существенно более низкую стоимость, чем известные на данный момент устройства.
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.
Белые органические светодиоды считаются наиболее экономичными источниками света, используемыми для уличного, бытового и дисплейного освещения. В таких устройствах белый свет формируется за счет нескольких люминофоров, излучающих в синей, зеленой и красной спектральных областях. В основе одного из наиболее популярных классов материалов для органических светодиодов лежат комплексы сложных органических молекул с металлами платиновой группы. Такие излучатели высокоэффективны, но очень дороги в производстве, а потому использовать массово их может быть невыгодно, особенно учитывая непрерывный рост цен на платиновые металлы.
В своей новой работе исследователи из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва) вместе с российскими и итальянскими коллегами создали люминофоры на основе гетероциклических β-дикетонов — органических молекул, в которых две карбонильные кислород-содержащие группы разделены одним атомом углерода (метиленовой группой), и также имеются циклические фрагменты, содержащие атомы углерода и азота. Такие соединения легко образуют люминесцирующие комплексы с рядом металлов. Интерес к таким молекулам обусловлен тем, что характеристиками их излучения, например, яркостью и цветом, можно легко управлять, внося небольшие изменения в структуру молекулы.
Однако такие β-дикетоны имеют крайне низкую эффективность люминесценции, поскольку преобразуют в свет всего 0,5% поступающей на них световой или электрической энергии. Остаток рассеивается в виде тепла. Улучшить люминесцентные характеристики таких молекул можно, соединив их в комплекс с металлами. В зависимости от типа металла особым образом может меняться энергетическая структура β-дикетонов и даже тип люминесценции.
Авторы предложили две серии новых комплексных соединений металлов с β-дикетонами. Первая включала металлы третьей группы таблицы Менделеева (скандий, лантан, гадолиний и лютеций), а вторая — тринадцатой группы (алюминий, галлий и индий). Объединив β-дикетоны с этими элементами в комплексы, ученые смогли управлять возбужденным состоянием органических молекул, а именно варьировать значения энергий возбужденных состояний таких молекул и их время жизни. Кроме того, экспериментально было показано, что все полученные комплексы обладали сине-зеленым свечением, а эффективность люминесценции для соединений на основе β-дикетонов с лантаном достигла 19,5%, то есть стала почти в 40 раз больше, чем у исходной органической молекулы, не связанной с металлом.
«Наши комплексы имеют высокий потенциал в качестве светоизлучающего слоя для создания новых белых органических светодиодов. Достаточная яркость их люминесценции и низкая стоимость синтеза позволяют надеяться, что подобные материалы можно будет использовать в прототипах светодиодных источников света. В наших ближайших планах — начать лабораторное тестирование таких образцов», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного РНФ, Илья Тайдаков, доктор химических наук, руководитель лаборатории «Молекулярная спектроскопия люминесцентных материалов» Отдела спектроскопии ФИАН.
В работе также приняли участие исследователи из Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» (Москва), Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН (Москва), Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) и Университета города Камерино (Италия).
Источник: https://scientificrussia.ru/

Инженеры разработали метод для преобразования электрических квантовых состояний в звук и наоборот. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics. Исследователи из Калифорнийского технологического института (Калтех) разработали устройство для преобразования квантовых состояний света в фононы — звуковые эквиваленты фотонов. Технология открывает возможности для создания нового типа систем для хранения информации в квантовых вычислениях.
Устройство для преобразования представляет собой набор гибких пластин, которые вибрируют под действием звуковых волн на чрезвычайно высоких частотах. Когда на эти пластины помещается электрический заряд, они становятся способными взаимодействовать с электрическими сигналами, несущими квантовую информацию. Это позволяет передать эту информацию в устройство для хранения для последующего использования.
Различные группы исследователей уже пытались создать устройства для преобразования электромагнитных квантовых состояний в звук, отмечают исследователи. Как правило, они использовали для этого пьезоэлектрики, которые могут преобразовывать электрическую энергию в механическую. Но в этих материалах очень высокие потери энергии для электрических и звуковых волн.
Решение, созданное в Калтехе, не зависит от свойств конкретных материалов, что делает его совместимым с известными квантовыми устройствами, основанными на микроволнах. В серии экспериментов исследователи продемонстрировали, что оно позволяет хранить квантовую информацию из электрических цепей на два порядка дольше, чем другие компактные механические устройства.
Чтобы понять, как звуковая волна может хранить информацию, можно представьте комнату с очень сильным эхом, объясняют исследователи. Если крикнуть в таком помещении что-то, что надо запомнить, например, список покупок, и закрыть дверь, эхо «сохранит» информацию. Если через час снова заглянуть в комнату, можно будет услышать свой голос. Это очень большое упрощение, но в целом устройство работает по такому принципу.
Источник: https://hightech.fm/

Получен ответ на вопрос, можно ли поймать свет в трехмерный массив микроскопических частиц: при помощи нового метода компьютерного моделирования команда физиков из США и Франции обнаружила условия, при которых волну света может заставить замереть, применяя для этого дефекты правильно подобранных материалов.
Электроны могут быть пойманы, или локализованы в неупорядоченных материалах со случайным образом распределенными аномалиями. Это явление получило название андерсоновской локализации в честь американского физика-теоретика Филипа Андерсона и стало важной вехой в развитии физики конденсированного состояния, рассказывает Science Alert.
Если в классической физике мы можем представить себе частицу света как шарик, отскакивающий от стенок хаотичного лабиринта, то волновое представление квантовой механики заставляет электрон останавливаться и превращает материал в изолятор. Нечто похожее происходит, когда электромагнитные волны вынуждают свет рассеиваться в каком-нибудь веществе, по крайней мере, в одном или двух измерениях. Однако до сих пор никто не мог понять, будет ли происходить то же самое в трех измерениях.
Раскрыть этот секрет помог прогресс в вычислительных программах и численном моделировании. При помощи нового инструмента FDTD Software Tidy3D, команда ученых смогла провести каждый цикл вычислений, которые обычно заняли бы несколько дней, за 30 минут. Программа на основе конечно-разностного временного алгоритма, которая делит пространства на ячейки и решает уравнения в каждой точке координат, позволила протестировать различные конфигурации системы, размеры и структурные параметры.
Результаты числового моделирования оказались лишены проблемных мест, которые затрудняли предыдущие исследования. Ученые обнаружили, что свет нельзя локализовать в 3D в диэлектрических материалах, таких как стекло или кремний. Однако четкие числовые данные указывают на то, что андерсонова локализация возможна в случайных наборах проводящих металлических сфер.
Этот результат указал физикам направление дальнейших исследований андерсоновской локализации в различных типах материалов.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

© 2024 Лазерная ассоциация

Поиск