Оптическая развязка, разработанная инженерами США, существенно повысит производительность оптических систем, которые применяются в телекоммуникации, микроскопии, системах получения изображений, квантовой фотонике и других отраслях. Она сочетает высокую степень защиты лазерных систем с превосходной производительностью, компактностью и простотой конструкции.
Все оптические системы работают на основе лазеров, генерирующих фотоны и пучки света. Предотвращают эти системы от повреждений и нестабильности оптроны, или оптические развязки, которые не дают свету двигаться в нежелательном направлении и подавляют помехи. Однако обычные оптроны относительно громоздкие и требуют использования более одного типа материала.
Команда инженеров из Гарвардской школы им. Джона Полсона разработала метод создания эффективной оптической развязки, которую можно интегрировать в оптический чип из ниобата лития, рассказывает Phys.org.
«Мы сконструировали устройство, позволяющее свету лазера распространяться без изменений, тогда как отраженный свет, идущий в обратном направлении, меняет цвет и отводится от лазера, — пояснил профессор Марко Лончар, руководитель команды. — Этого удалось достичь направлением отраженных оптических сигналов, воспользовавшись превосходными электрооптическими свойствами ниобата лития».
Другими словами, исследователи создали для работы лазера более благоприятные условия, защитив его от отраженного света. По словам изобретателей, их оптрон дает наилучшую оптическую изоляцию, а также по всем параметрам — включая потери, выход по энергии и возможность настройки — превосходит имеющиеся аналоги. Мало того — его конструкция крайне проста: по сути, это один-единственный модулятор.
Инженерам удалось также уменьшить устройство до 600 нм толщиной с травлением глубиной до 320 нм. Это позволяет проще управлять движением света и размещать свет ближе к электрическим сигналам, получая более сильное электрическое поле при том же напряжении.
Источник: https://hightech.plus/

Сегодня технология квантового распределения ключей (КРК) на расстояниях свыше одной тысячи километров реализуется исключительно с помощью систем оптической связи через искусственные спутники. Для приема и передачи оптического излучения с Земли на спутник применяются широкоапертурные оптические системы. С целью повышения эффективности передачи и приема информационных сигналов в атмосферных трассах применяют адаптивную оптику, ключевым элементом которой является датчик волнового фронта.
В МТУСИ разработали уникальный экспериментальный стенд с конфигурируемым датчиком волнового фронта, на котором отрабатываются математические алгоритмы анализа изображения в видимой и инфракрасной области спектра для построения поверхности волнового фронта с высоким пространственным разрешением и быстрым действием.
«В МТУСИ ведутся работы по созданию высокочувствительных датчиков волнового фронта для широкоапертурных лазерных пучков, способных работать в широком спектральном диапазоне. Развитие машинных методов обработки изображений и достижения в области создания чувствительных визуализаторов инфракрасного излучения позволяют сегодня с успехом реализовывать датчики волнового фронта на эффекте Тальбота», — рассказал доктор физико-математических наук профессор кафедры «Направляющие телекоммуникационные среды» МТУСИ Сергей Казанцев.
Датчик волнового фронта на основе эффекта Тальбота позволяет визуализировать и исследовать оптические искажения, возникающие на трассе лазерного пучка с большими поперечными размерами. Уже сейчас в МТУСИ разработан уникальный экспериментальный стенд с конфигурируемым датчиком волнового фронта, на котором отрабатываются математические алгоритмы анализа изображения в видимой и инфракрасной области спектра для построения поверхности волнового фронта с высоким пространственным разрешением и быстродействием.
«Созданный стенд позволяет получать данные о волновом фронте лазерных пучков и контролировать оптические возмущения среды не только в видимом свете, но и в области ближнего и среднего ИК-спектра. Подходы, предложенные и реализованные учеными МТУСИ, предоставляют возможность исследовать возмущения оптической среды в нескольких спектральных диапазонах и с более высоким пространственным разрешением, чем с использованием стандартных датчиков волнового фронта», — пояснила кандидат технических наук, доцент кафедры «Направляющие телекоммуникационные среды» МТУСИ Наталья Пчелкина.
Результаты практической работы ученых МТУСИ легли в основу доклада «Визуализация возмущения оптической плотности среды с помощью датчика волнового фронта на эффекте Тальбота», представленного на XVII Международной отраслевой научно-технической конференции «Технологии информационного общества».
«К работам по разработке математических алгоритмов, позволяющих восстанавливать картину возмущений плотности среды на оптической трассе подключились коллеги из ЮАР и сейчас проводятся совместные исследования в этой области. Предварительные результаты совместных исследований опубликованы в статье», — сообщил кандидат технических наук, доцент кафедры «Направляющие телекоммуникационные среды» МТУСИ Жослен Рабенандрасана.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Для фотосинтеза достаточно одного фотона.
Всего одна частица света требуется, чтобы зажечь первые шаги биологического процесса, который преобразует свет в химическую энергию, сообщают ученые в журнале Nature.
Хотя ученые давно предполагали, что реакции фотосинтеза начинаются при поглощении всего одного фотона, это еще не было продемонстрировано, говорит физический химик Грэм Флеминг из Калифорнийского университета в Беркли (UCB).
Он и его коллеги решили: «Мы просто посмотрим, действительно ли одного фотона достаточно, чтобы все началось».
Солнечный свет, падающий на поверхность Земли, кажется человеческому глазу ярким. Но в малых масштабах это превращается в каплю фотонов. Лишь несколько десятков фотонов соответствующих длин волн солнечного света падают на квадратный нанометр в секунду, масштаб крошечных молекул хлорофилла и бактериохлорофилла, которые играют центральную роль в фотосинтезе растений и бактерий.
Во многих лабораторных экспериментах по фотосинтезу для запуска реакций используются лазеры, гораздо более мощные источники света. Вместо этого Грэм и его коллеги использовали источник света, излучающий всего два фотона за раз.
Один фотон служил вестником, отправляясь к детектору, чтобы сообщить исследователям, когда были испущены два фотона. Другой фотон попал в раствор, содержащий поглощающие фотоны структуры фотосинтетической бактерии Rhodobacter sphaeroides . Эти структуры, называемые светособирающими комплексами 2, или LH2, состоят из двух колец бактериохлорофилла и других молекул.
В обычной реакции фотосинтеза LH2 поглощает фотон и передает свою энергию другому комплексу LH2, а затем еще одному, как игра в горячую картошку. В конце концов энергия достигает кольца другого типа, называемого светособирающим комплексом 1, или LH1, которое затем передает ее в реакционный центр, где энергия, наконец, преобразуется в форму, которую бактерия может использовать.
В эксперименте не было LH1, поэтому LH2 вместо этого излучал фотон с другой длиной волны, чем первый, что является признаком того, что энергия была передана от первого кольца LH2 второму, первому этапу фотосинтеза. Исследователи обнаружили этот второй фотон и, сравнив время обнаружения с первыми фотонами-предвестниками, подтвердили, что LH2 необходимо было поглотить только один фотон, чтобы начать работу.
По словам Флеминга, растения и бактерии используют разные процессы для фотосинтеза, но начальные этапы достаточно схожи, так что и у растений один фотон может вызвать начальные этапы. Однако в растениях для завершения реакции необходимо несколько независимо поглощаемых фотонов.
Роль одиночных фотонов неудивительна, говорит биохимик Ричард Когделл из Университета Глазго в Шотландии. По его словам, самое важное, что сделали исследователи, — это продемонстрировали новую технику.
«Сделав это, вы сможете узнать, что будет происходить в природе», — говорит он.
Некоторые ученые подозревают, что фотосинтез основан на квантовой физике. Хотя неясно, сможет ли новая техника решить роль квантовых эффектов, она может помочь ученым отделить естественные эффекты от артефактов использования интенсивных источников света в исследованиях фотосинтеза.
Источник: https://fbm.ru/

Ученые из Гонконга достигли высокой производительности органических, или полимерных солнечных элементов — эффективность преобразования мощности составила 19,31%. Это рекордный показатель для фотоэлементов такого типа, состоящих из одного донора и одного акцептора в светочувствительном слое. Такого высокого результата исследователи смогли добиться благодаря новой технологии, регулирующей морфологию элемента.
Команда ученых из Политехнического университета Гонконга разработала стратегию управления промежуточным состоянием для изменения морфологии органических фотоэлементов, которая одновременно оптимизирует динамику кристаллизации и потери энергии в нефуллереновых органических фотоэлементах. В отличие от стратегии использования традиционных примесей на основе растворителей, новый подход обеспечивает формирование более организованной молекулярной структуры и молекулярной агрегации.
В результате производительность значительно возросла, а нежелательные потери были снижены. Эффективность преобразования мощности двойных органических фотоэлементов составила 19,31% благодаря инновационной технологии регулирования морфологии.
В основе изобретения — применение 1,3,5-трихлоробензола в качестве регулятора кристаллизации. Помимо эффективности этот метод повысил стабильность элемента.
Органические фотоэлементы, основанные на нефуллереновых акцепторах — это передний край исследований органической фотовольтаики, требующих инноваций как в материалах, так и в управлении морфологией, пишет Science Daily. Новое открытие, по словам изобретателей, откроет широкие возможности в носимой электронике и позволит им достичь и превысить 20-процентный порог КПД, сохраняя стабильность и свои уникальные качества: гибкость, прозрачность, эластичность, малый вес и возможность изменения цвета.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Физики усовершенствовали излучатели терагерцовых волн за счет комбинации встречно-штыревых электродов, по форме напоминающих миниатюрную расческу, и фотопроводящей подложки на основе соединений галлия и индия с мышьяком. Такое сочетание позволило устройству эффективнее преобразовывать энергию лазера в терагерцовое излучение, благодаря чему мощность устройства увеличилась в 50 раз.
Терагерцовые волны безопасны для человека, а также хорошо проникают сквозь живые ткани и многие природные и искусственные материалы, благодаря чему генерирующие их устройства могут использоваться в медицине, для сканирования багажа и экологического мониторинга.
Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.
Электромагнитное излучение, находящееся в диапазоне между инфракрасным и микроволновым, называют терагерцовым. Долгое время источники и приемники этого «промежуточного» диапазона частот были недостаточно эффективными. Однако за последние двадцать лет ученые создали ряд излучателей и детекторов специально для терагерцового излучения, поскольку его можно использовать в медицине, экологическом мониторинге, системах сканирования багажа, а также материаловедении. Так, например, на сегодняшний день тестируются «просвечивающие» медицинские приборы на основе терагерцового излучения: устройства для диагностики рака кожи, отслеживания состояния тканей после ожогов и выявления зубного кариеса. Терагерцовые волны абсолютно безопасны для человека, поэтому устройства, их излучающие, потенциально смогут заменить рентгеновские аппараты, ионизирующее излучение которых способно привести к повреждению ДНК и, следовательно, мутациям.
Ученые из Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В.Г. Мокерова РАН (Москва), Института общей физики РАН (Москва), Бирмингемского университета (Великобритания), Университета ИТМО (Санкт-Петербург), МГТУ имени Н.Э. Баумана (Москва), Московского физико-технического института (Долгопрудный), а также Астонского Университета (Великобритания) разработали устройство, которое эффективнее, чем существующие аналоги, генерирует импульсное терагерцовое излучение широкого спектра частот посредством фотопроводящей антенны.
Принцип действия антенны основан на том, что воздействие лазерного излучения на ее полупроводниковую подложку одновременно с приложением внешнего напряжения приводит к генерации терагерцового импульса. Чтобы для генерации терагерцового излучения было достаточно лазерных импульсов малой мощности, ученые улучшили фотопроводящую антенну, присоединив к ее контактам симметричные золотые встречно-штыревые электроды, по форме напоминающие расческу с очень тонкими и часто расположенными (на расстоянии порядка нескольких сотен нанометров) элементами, называемыми пальцами. Такая форма электродов позволяет значительно увеличить запасенную в излучателе энергию за счет увеличения его емкости. Кроме того, авторы разместили антенну на подложке из соединений индия и галлия с мышьяком (InAs/GaAs), которые выполняли роль квантовых точек — структур, участвующих в переносе электрического заряда на встречно-штыревые электроды.
Физики сравнили мощность улучшенного излучателя с исходным — не содержащим встречно-штыревых электродов, но использующим аналогичную фотопроводящую подложку. Для этого оба устройства возбуждали ультракороткими лазерными импульсами, а терагерцовое излучение регистрировали приемником на основе фотопроводящей антенны. Оказалось, что совместное использование квантово-точечных структур и встречно-штыревых электродов позволило увеличить мощность излучения антенны в 50 раз.
«Предложенная нами технология позволит сделать источники терагерцовых волн доступнее для практических применений в медицине и технике, поскольку она легко масштабируема для производства. Более того, данная разработка не требует сверхмощных дорогих лазеров для генерации терагерцовых волн, что также будет существенным преимуществом. В дальнейшем мы продолжим разработку новых источников широкополосного импульсного терагерцового излучения с еще более усовершенствованными характеристиками», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дмитрий Пономарев, кандидат физико-математических наук, заместитель директора по научной работе ИСВЧПЭ РАН, ведущий научный сотрудник ИОФ РАН.
Источник: https://scientificrussia.ru/

Ученые из немецкой DESY попытаются пропустить свет сквозь стену. Если это сработает, они, вероятно, создадут какую-то темную материю.
Есть несколько теоретических кандидатов на роль темной материи, в том числе слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), первичные черные дыры и аксионы. Недавнее исследование колец Эйнштейна показало, что аксионы больше соответствуют тому, что мы видим во Вселенной, и это цель ALPS II. Экспериментальная конструкция состоит из 250-метрового туннеля с оптическим резонатором, усиливающим лазер. Когда лазер движется по туннелю «Гера», он подвергается воздействию сильного магнитного поля, создаваемого 12 сверхпроводящими магнитами. Теоретическая работа по аксионам показывает, что можно превратить обычный фотон в аксион — частицу темной материи — с помощью такого сильного поля.
Команда ALPS II надеется, что по крайней мере некоторые из фотонов в лазере превратятся в аксионы, когда они столкнутся с магнитным полем. Но как это обнаружить, если темная материя ни с чем не взаимодействует? ALPS II ловко обходит этот маленький «лежачий полицейский», отфильтровывая весь непреобразованный свет с помощью сложного устройства, известного как «стена». Итак, лазер попадает в стену, но любые фотоны, ставшие аксионами, проходят сквозь нее. С другой стороны, они могут снова трансформироваться в фотоны, чтобы их можно было обнаружить.
Источник: https://overclockers.ru/

Физики научились управлять оптическими свойствами кристалла с помощью «нанорешеток»
Ученые с помощью лазера записали в кристалл фторида кальция «нанорешетки», придающие материалу свойство двойного лучепреломления. Такой тип преломления света, когда один луч, проходя через материал, разбивается на два, используется при создании различных оптических приборов — например, поляризаторов света.
Авторам также удалось регулировать показатель преломления у «нанорешеток», изменяя такие параметры лазерного излучения, как длина волны, длительность и энергия импульсов. Полученные данные помогут усовершенствовать лазерную запись микрооптических элементов в кристаллах, а также устройства, в которых они используются. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда — Номер 22-72-10076.
При создании оптических устройств — например, поляризаторов света и голограмм — широко применяется лазерная запись. Этот подход заключается в том, что на прозрачный материал, в частности кристалл, светят лучом лазера, в результате чего в месте взаимодействия света и твердого вещества происходят микро- и наномасштабные изменения — например, в материале перераспределяются атомы, что приводит к изменению показателя его преломления. Однако до сих пор многие детали взаимодействия света и вещества остаются недостаточно изученными, и это существенно ограничивает развитие лазерных технологий.
Группа ученых из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (Москва) и Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (Москва) изучила особенности воздействия лазерного излучения на фторид кальция. Этот кристалл часто используется в оптических устройствах ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов, поскольку он прозрачен для этих длин волн, имеет равномерную с точки зрения прохождения света структуру, а также высокую прочность. Авторы записали в объеме кристалла наноразмерные полосы (в сотни тысяч раз тоньше диаметра волоса), меняя при этом характеристики лазерного излучения: длину волны, длительность и энергию импульсов. Исследование образцов под микроскопом показало, что полученные учеными микроструктуры — «нанорешетки» из полос — достаточно однородны, то есть элементы в них расположены на одинаковом расстоянии. Кроме того, ученые определили, что при лазерной записи изменяется химический состав кристалла в месте его взаимодействия со светом. В образовавшихся под действием излучения «дорожках» преимущественно присутствовали атомы кальция, тогда как фтор оставался по их краям.
Авторы также показали, что от характеристик используемого при записи лазерного излучения зависят оптические свойства записываемых «нанорешеток». Так, используя лазеры с разной длиной волны, длительностью и энергией импульсов, ученые получили микроструктуры, «разбивающие» луч света на два с разными показателями преломления. Это наблюдение позволит точно контролировать оптические свойства материалов с двойным лучепреломлением, а значит, создавать на их основе устройства и оптические системы с требуемыми для конкретной задачи характеристиками.
«Наше исследование раскрывает некоторые ранее неизвестные детали взаимодействия света с кристаллом фторида кальция. Эти знания будут полезны при создании микрооптических систем — например, поляризационных фильтров,— поскольку запись во флюорите очень легко масштабировать. В будущем мы планируем исследовать особенности лазерной записи в других материалах, в частности в объеме плавленого кварца. Для этого необходимо детально охарактеризовать поведение материала при воздействии света, чем на данный момент активно занимается наша научная группа. Таким образом мы планируем определить общие черты при формировании нано- и микроструктур в процессе прямой лазерной записи в различных материалах. Также мы намерены разработать динамические и статические методы, объясняющие их образование»,— рассказывает Анна Богацкая, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат физико-математических наук, сотрудник Физического института им. П. Н. Лебедева РАН.
Источник: https://www.kommersant.ru/

Ученые Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности предложили новый способ формирования фотонных крючков, свойства которых могут меняться во времени. Для этого исследователи использовали каплю воды, которая формирует их при замерзании и освещении ее лазерным излучением. Данный метод создания фотонных крючков является недорогим, компактным, простым и экологичным. Он может стать основой для разработки устройств «зеленой» электроники, основанной на природных материалах.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале Scientific reports (Q1; IF:4,996).
Фотонный крючок представляет собой искривленный световой луч, радиус кривизны которого существенно меньше длины волны и который способен распространяться на расстояние нескольких длин волн. Такие свойства позволяют использовать его в микроскопии для получения изображений в сверхразрешении, а также в качестве манипулятора для управления движением наночастиц.
Особенность фотонных крючков заключается в том, что они являются статичными, то есть не могут менять свою форму и траекторию во времени. Это создает трудности для управления ими. Для того чтобы сделать фотонные крючки более гибкими, сегодня используются специальные устройства, которые могут менять свои оптические свойства под воздействием электромагнитных полей. Данные способы дорогие и трудозатратные.
Исследователи Томского политехнического университета предложили альтернативный способ формирования фотонных крючков с использованием мезомасштабной капли воды. Он позволяет создавать фотонные крючки нового типа с управляемыми свойствами. Формирование фотонного крючка мезомасштабными сферическими частицами охлажденной воды, погруженными в воздух, моделировалось на основе строгого решения уравнений Максвелла.
«Обычно фотонный крючок создается при прохождении света через частицу диэлектрика ассиметричной формы. Электромагнитная волна при этом “распадается” на две части: одна проходит через материал диэлектрика с одними оптическими свойствами и формой, вторая – через другой материал. На выходе волны “сливаются” и итоговый пучок искривляется. Мы использовали для создания крючка замерзающую каплю воды, помещенную на охлаждаемую подложку и освещенную лазерным лучом. Капля в процессе замерзания состоит из двух материалов — воды и льда. У них близкие, но разные оптические свойства — показатель преломления. Такая двухфазная структура, изменяющаяся во времени, формирует фотонные крючки во временной области — крючки, изменяющие конфигурацию в процессе замерзания», — комментирует профессор отделения электронной инженерии Олег Минин.
Ученые показали, что замерзающая мезомасштабная капля воды позволяет сфокусировать оптический луч в теневой части капли в фотонный крючок различной кривизны, несмотря на низкий оптический контраст между водой и льдом. Меняя размер капли, тип поверхности, на которой она расположена, различные сценарии замерзания сферической капли воды, можно регулировать параметры замерзания капли. В этом случае время замораживания можно рассматривать как один из параметров динамического управления характеристиками фотонного крючка.
На следующем этапе исследования политехники планируют провести ряд экспериментов, направленных на более глубокое понимание физики процесса. Это позволит определить области применения самоизгибающихся фотонных крючков на основе замерзающей капли воды. Ученые предполагают, что их можно использовать в так называемой «зеленой» мезотронике, оптомеханике, оптических датчиках и устройствах, изготовленных из природной жидкости.
Источник: https://scientificrussia.ru/

Темная материя в силу своей природы не может быть обнаружена с помощью обычных оптических телескопов или другими средствами воспроизводства изображений. Десятки лет астрофизики пытались найти альтернативные методы. Один из вариантов предлагают китайские исследователи, изучившие возможность прямого обнаружения темных фотонов, кандидатов на темную материю, с помощью радиотелескопа.
Нынешнее исследование ученых из Университета Синьхуа и Пекинского университета выросло из предыдущей работы, в которой они изучали превращение темных фотонов в обычные в солнечной короне. Этот процесс включает возбуждение свободных электронов полями темных фотонов, что приводит к эмиссии обычных фотонов, пишет Phys.org. Отталкиваясь от этого, ученые решили использовать свободные электроны в телескопе с антенной для индукции электромагнитных сигналов, а затем — радиотелескоп «Тьяньян» (FAST) для поиска этих сигналов.
Вскоре они поняли, что из-за нерелятивистской природы темной материи рефлектор такого телескопа должен быть сферическим, а приемник сигнала нужно разместить в центре сферы. Однако у существующих радиотелескопов, таких как «Тьяньян», параболическая форма антенны, а приемник располагается в фокусе параболы. Это значит, что электромагнитные сигналы, индуцированные темными фотонами, не будут сконцентрированы в таком приемнике.
Столкнувшись с такой проблемой, исследователи на время отказались от своей идеи. Однако через некоторое время они узнали, что приемник телескопа «Тьяньян» можно перемещать, чтобы он улавливал радиоволны с разных направлений. Это навело ученых на мысль, что электромагнитные волны темных фотонов не фокусируются на приемнике, электромагнитное поле может сформировать распределение поверх тарелки, а это распределение можно точно рассчитать теоретически.
Согласно теоретическим предсказаниям ученых, подвижный приемник радиотелескопов способен принимать электромагнитные сигналы. Затем их можно сравнивать с предсказанными теорией распределениями, что поможет усилить чувствительность телескопов к сигналам, индуцированным темными фотонами.
Проведенные расчеты показали, что телескоп «Тьяньян» в состоянии обнаружить темную материю, если та состоит из темных фотонов и находится в правильном диапазоне масс. Исследование ученых говорит о том, что темные фотоны можно в потенциале обнаружить с помощью непосредственного наблюдения, а также расширяет горизонты поиска темных фотонов, особенно, сверхлегких, которые считаются подходящими кандидатами на роль темной материи.
Источник: https://hightech.plus/

Немецкие физики продемонстрировали технологию создания трехмерных оптических решеток на основе эффекта Тальбота. Он заключается в формировании волнового паттерна — «ковра» — сразу за дифракционной решеткой, в котором изображение щелей периодически повторяется. Таким способом ученым удалось загрузить более десяти тысяч атомов в бездефектную трехмерную решетку и продемонстрировать в ней адресную работу с атомами. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Пленение атомов светом сделало возможным прорывы в самых различных областях физики: от ультрахолодной химии и физики квантовых газов до квантовых вычислений и атомных часов. Подробнее о том, как работает эта технология в оптических пинцетах, мы рассказывали в материале «Скальпель и пинцет».
Ряд задач требует пленения сразу большого число атомов. Наиболее частым способом сделать это стали двумерные оптические решетки. Их формируют либо на пересечении стоячих волн, ориентированных под углом друг к другу, либо создавая систему оптических пинцетов из одного луча с помощью акустооптических модуляторов или металинз.
Выход в третье измерение станет главным путем масштабирования технологий на основе пленения множества атомов. Физики умеют создавать трехмерные решетки с помощью скрещивания трех пар лазерных лучей. Ранее это позволило увеличить точность атомных часов. Но пока это технология довольно сложная и допускает малую вариативность параметров решетки.
Мальте Шлоссер и его коллеги из Дармштадтского технического университета предложили новый подход к созданию трехмерных оптических решеток. Он основан на явлении, которое носит название эффект или «ковер» Тальбота. Он возникает непосредственно за дифракционной решеткой (то есть, в ближнем поле) после того, как на нее падает плоская волна, и представляет собой сложный фрактальный паттерн из областей повышенной и пониженной интенсивности.
Важно при этом, что изображение щелей повторяется на расстояниях, равных полуцелому числу длины Тальбота. В какой-то момент, определяемый шириной дифракционной решетки, «ковер» заканчивается, и лучи расходятся в дальнее поле согласно теории Фраунгофера. Идея авторов заключается в том, чтобы загружать атомы в эти дополнительные слои с массивами световых пятен.
При реализации этой идеи физики заменили дифракционную решетку двумерным массивом микролинз размером 166×166 штук и периодом 30 микрометров и облучали его светом титан-сапфирового лазера с длиной волны 796,3 нанометра. После прохождения массива микролинз свет попадал в обычную оптику, с помощью которой авторы настраивали параметры «ковра». В их опыте период решетки был равен 10 микрометрам, а расстояние между слоями — 133 микрометрам.
Затем ученые загружали в получившуюся решетку охлажденные атомы рубидия-85. Атомы захватывались в узлы с вероятностью 60 процентов, поэтому физикам потребовался дополнительный пинцет, чтобы расставить атомы в бездефектные массивы в каждом слое. В результате им удалось получить 17 таких слоев по 777 атомов в каждом.
Физики исследовали возможность масштабирования получившихся решеток. Они выяснили, что общее число атомов, которое можно будет пленить таким способом, может быть доведено до ста тысяч, если увеличить мощность лазера всего в пять раз. Помимо этого авторы продемонстрировали возможности адресации атомов, выстроив их в антиферромагнитный порядок по спину, а также решетки с более сложной геометрией.
Предложенная физиками технология в перспективе способна масштабировать квантовые компьютеры и квантовые симуляторы на основе ридберговских атомов. Для этого им нужно будет придумать, как сократить расстояние между слоями, сделав его сопоставимым с периодом внутри слоя. Квантовыми симуляциями на плененных ридберговских атомах занимается группа Лукина, которая изготовила 256-кубитный квантовый симулятор. Подробнее об их работе мы рассказывали в материале «Пятьдесят кубитов и еще один».
Источник: https://nplus1.ru/

Поместив кусочки перовскита между двух зеркал и направив на них луч лазера, исследователи смогли напрямую контролировать спиновое состояние экситон-поляритонных пар, гибридных квазичастиц, состоящих из вещества и света. Новое устройство, сочетающее свойства электроники и фотоники, может открыть путь к появлению не имеющих аналогов компьютерных чипов или квантовых битов.
Одна из самых любопытных особенностей экситон-поляртонных пар заключается в том, что они находятся между чисто электронными и чисто фотонными системами, обладая характеристиками обеих. Таким образом, эти квазичастицы заимствуют наилучшие качества обеих систем. К примеру, чисто электронные транзисторы теряют емкостное сопротивление при каждом взаимодействии между устройствами, тогда как исключительно фотонные системы трудно проектировать. Квазичастицы не обладают этими недостатками.
Более того, все используемые материалы легко производить при комнатной температуре, и, как только будут созданы практичные системы, наладить массовый выпуск будет не трудно. Пока проект находится на ранней стадии — ученые еще только исследуют открытые эффекты. Производство может быть запущено не раньше, чем через 5–10 лет.
Перовскиты в последние годы привлекают большое внимание разработчиков фотоэлементов, и свойства этого материала пристально изучаются. Галоидные перовскиты прекрасно поглощают свет и превращают фотоны в электроны или экситоны, в зависимости от свойств перовскита.
Команда ученых из MIT и других вузов США обратила особое внимание на разновидность перовскита — йодид свинца-фенетиламмония. Для создания оптического резонатора, улавливающего фотоны, они поместили хлопья перовскита между светоотражающими слоями толщиной несколько нанометров, между которыми оставили расстояние в половину длины волны света, пишет MIT News. Пойманная частица света попеременно то поглощается материалом, то излучается снова, в результате чего возникает суперпозиция фотона и экситона.
Такой процесс может приводить к возникновению бозе-конденсата, состояния вещества, в котором все частицы имеют одинаковое энергетическое состояние и ведут себя как одна большая частица. Одно из свойств такого конденсата — спин — может быть модифицировано светом или электричеством. Причем использование перовскитов позволяет наблюдать этот феномен при более высоких температурах. Другими словами, новое устройство может стать важным этапом появления кубитов, работающих при комнатной температуре.
Источник: https://hightech.plus/

© 2024 Лазерная ассоциация

Поиск