Красноярские ученые продемонстрировали эффективные возможности управления спектром фотонного кристалла, который может работать как универсальный оптический фильтр. Его ключевая особенность — способность обратимо менять свои свойства. При заполнении пор жидкостями он превращается из широкополосного фильтра в узкополосный, а после испарения жидкости возвращается в исходное состояние. Цикл можно повторять неоднократно. Разработка открывает новые перспективы в создании перестраиваемых оптических устройств и высокочувствительных сенсоров. Результаты исследования опубликованы в журнале Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики.
Фотонные кристаллы — это искусственные материалы с особыми свойствами, которые позволяют избирательно управлять светом: пропускать или отражать волны определенной длины. Это открывает широкие возможности для их применения в лазерах, микроскопах и системах связи. Однако подавляющее большинство фотонных кристаллов, используемых сегодня в коммерческих устройствах, настроены на один фиксированный диапазон света, который не может быть изменен для решения новых задач.
Ученые Красноярского научного центра СО РАН изготовили одномерный фотонный кристалл на основе пористого оксида алюминия, который может легко менять свои области отражения. Его уникальность в особой пористой внутренней структуре. Изготовленный образец состоит из множества чередующихся слоев с разной пористостью, которые по-разному преломляют свет. Такая архитектура позволила добиться рекордного расширения области отражения кристалла с типичных 50 нанометров до 170 нанометров. Благодаря этому кристалл работает как широкополосный оптический фильтр, эффективно блокирующий широкий диапазон световых волн.
Поры в материале похожи на цилиндры, что позволяет легко их заполнить. Оптические свойства кристалла меняются в зависимости от того, что внутри, например, вода, спирт или ацетон. Жидкость меняет показатель преломления материала. В результате запрещенная зона не просто смещается, но и расщепляется на несколько узких полос. Это превращает кристалл в узкополосный фильтр, способных избирательно блокировать несколько узких диапазонов длин волн.
Заполняя поры разными жидкостями, ученые научились менять оптические свойства кристалла. Более того, их можно тонко настраивать, меняя угол падения света, что вызывает дополнительный сдвиг запрещенной зоны. Эта способность к перестройке открывает широкие перспективы для создания оптических сенсоров и адаптивных фильтров.
«Комбинация этих двух методов — заполнения пор и изменения угла падения света — позволяет использовать один и тот же образец и как широкополосный, и как узкополосный фильтр. Это открывает дорогу к практическому применению разработки. Такой кристалл также можно использовать в качестве высокочувствительного сенсора: по величине спектрального сдвига можно с высокой точностью определять, какая именно жидкость попала в поры», — отмечает один из авторов исследования Максим Пятнов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН.
Важным преимуществом технологии является многоразовость. При испарении жидкости из пор кристалл возвращается в исходное состояние без потери качества. Эксперименты подтвердили, что даже после пяти циклов наполнения и высушивания материал полностью сохраняет свою эффективность. Это делает его перспективной основой для многоразовых фильтров.
Подобные разработки могут стать основой для планируемого в регионе научно-производственного кампуса, который объединит научные институты, университеты и промышленные предприятия и обеспечит быстрый переход от лабораторных исследований к реальному производству. Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»

Информация взята с портала «Научная Россия» https://scientificrussia.ru/

Исследователи из Института Фрица Хабера впервые продемонстрировали магнито-оптическую ловушку для стабильной молекулы монофторида алюминия (AlF). Ученым удалось охладить молекулы лазерами и избирательно захватить их на трех различных вращательных квантовых уровнях, что открывает новые возможности в ультрахолодной физике. Эксперименты проводились с использованием четырех лазерных систем с длиной волны около 227,5 нм — это самый короткий ультрафиолетовый диапазон, когда-либо применявшийся для захвата атомов или молекул. Особенность AlF заключается в его химической стабильности и возможности лазерного охлаждения в нескольких вращательных состояниях, что отличает его от других молекул, с которыми ранее проводились подобные эксперименты.
«Для нас мечтой было бы захватывать AlF из компактного недорогого парового источника, подобного тому, что используется для щелочных металлов», — говорит Сид Райт, руководитель исследовательской группы.
Достижение стало результатом почти восьми лет работы, включавшей изучение спектроскопических свойств AlF и разработку технологий глубокого ультрафиолета. Новый метод открывает перспективы для прецизионной спектроскопии и квантового моделирования с использованием молекул. Исследование принято к публикации в журнале Physical Review Letters и доступно на сервере препринтов arXiv.
Алиса Минь
Источник: https://rutab.net/

В Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» идет работа по созданию системы спектроскопии ядер тория-229, заказчиком которой выступает РФЯЦ ВНИИЭФ. Система будет представлять собой лабораторный макет ядерных часов на изотопе тория-229. По словам руководителя проекта, заведующего кафедрой «Физико-технические проблемы метрологии» НИЯУ МИФИ Петра Борисюка, «сейчас мы делаем систему на основе крио-кристаллов криптона и ксенона – это благородные газы, которые ни с чем не взаимодействуют. Если их охладить до криотемпературы, они вначале конденсируются в жидкое состояние, а затем кристаллизуются. На основе этих крио-кристаллов мы создаем лазер, который позволит провести спектроскопию ядер тория-229».
Данная система имеет самое прямое отношение созданию сверхточных ядерных часов нового поколения. Как объясняет Петр Борисюк, В качестве маятника (осциллятора) в ядерных часах планируется использовать ядерный переход в изотопе тория-229 – это аномальное низколежащее изомерное состояние, самое низколежащее из всех ядерных состояний, которые известны на сегодняшний день. Энергия этого ядерного перехода находится в области вакуумного ультрафиолета (то есть ультрафиолета, который в атмосфере поглощается кислородом). Длина волны излучения этого ядерного перехода, по последним данным, находится в области 148 нанометров и измерена достаточно точно зарубежными учеными.
«Сейчас нам необходимо провести независимое измерение энергии этого ядерного состояния, — поясняет ученый. — Для этого необходимо возбудить ядро – попасть лазером в резонанс линии возбуждения ядра тория-229. При распаде возбужденных ядер тория-229 будет излучаться гамма-фотон, который регистрируется с помощью специальных детекторов, чувствительных в области вакуумного ультрафиолета. Регистрация такого сигнала будет означать, что мы возбуждаем ядра тория-229, а частота лазера при этом будет соответствовать энергии резонансного поглощения ядер тория-229».
На сегодняшний день в России нет источников лазерного излучения на данную длину волны, поэтому в МИФИ предстоит создать и реализовать экспериментально подобную систему. Как только это будет реализовано, в России появится лазер, привязанный к ядерному переходу.
«Создание этой системы спектроскопии станет первой ступенью реализации ядерного стандарта времени и частоты, или ядерного гравиметра», — констатирует Петр Борисюк.
Источник: https://www.atomic-energy.ru/

Современная фотоника переживает стремительный рывок — российским ученым удалось добиться рекордного усиления лазерного излучения, используя материал, знакомый каждому по старым DVD-дискам. Исследователи из университета ИТМО совместно с Московским институтом электронной техники создали тончайшую пленку, которая способна преобразовывать лазерное излучение с эффективностью, недостижимой для предыдущих технологий. Это открытие обещает перевернуть подход к разработке лазерных систем, микроскопов и квантовых устройств.

Что открыли физики

Главное достижение исследователей — создание пленки из халькогенидного сплава германия, сурьмы и теллура (Ge₂Sb₂Te₅). Этот материал давно применялся в оптических носителях, таких как DVD-диски, благодаря способности "запоминать" фазу. Теперь его уникальные свойства нашли новое применение — в лазерной оптике.

Толщина новой пленки составляет всего 20 нанометров, что в десятки раз меньше толщины человеческого волоса. Несмотря на микроскопические размеры, устройство способно уменьшать длину волны лазерного луча втрое, превращая инфракрасное излучение в ультрафиолет. Этот процесс называется генерацией третьей гармоники — именно он лежит в основе множества технологий визуализации в медицине и биофотонике.

"Чем тоньше пленка в аморфной фазе, тем более эффективно происходит генерация", — пояснил аспирант университета ИТМО Даниил Литвинов.

Как работает новая технология

В основе изобретения лежит эффект фазового перехода. Под действием лазера сплав может менять структуру — переходить из аморфного состояния в кристаллическое и обратно.

При этом резко изменяются его оптические свойства

• в аморфной фазе материал активно преобразует свет,
• в кристаллической — генерация практически исчезает.

Таким образом, устройство можно включать и выключать, управляя прохождением света.

"В аморфном состоянии пленка преобразует инфракрасное излучение в третью гармонику с эффективностью 9x10⁻⁶", — отметил руководитель исследования Артем Синельник.

Эта эффективность превосходит существующие наноповерхности в 100-1000 раз, что делает разработку абсолютным рекордсменом в своей области.

Традиционные и новые источники третьей гармоники

Почему это важно для науки и медицины

Эффект генерации третьей гармоники широко применяется в лазерных микроскопах — особенно при изучении живых клеток, где нельзя использовать красители. Чем короче длина волны излучения, тем выше разрешение и точность изображения. Новое устройство из ИТМО может заменить несколько громоздких лазерных источников, существенно упростив и удешевив оборудование.

Советы шаг за шагом: применение технологии

1. Биомедицина. Использовать устройство в лазерных микроскопах для исследования тканей без красителей.
2. Фотонные чипы. Встраивать нанопленку в интегральные схемы для обработки световых сигналов.
3. Оптические сенсоры. Применять для сверхточного анализа химического состава веществ.
4. Квантовые коммуникации. Использовать для преобразования и передачи данных на световых частотах.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: использование громоздких систем генерации гармоник.
• Последствие: потери энергии и низкая точность.
• Альтернатива: компактная пленка ИТМО толщиной 20 нм, в тысячи раз эффективнее.
• Ошибка: применение обычных метаповерхностей без фазового контроля.
• Последствие: невозможность точной настройки светового потока.
• Альтернатива: использование халькогенидного сплава с переключаемыми состояниями.
• Ошибка: игнорирование миниатюризации.
• Последствие: увеличение затрат на производство приборов.
• Альтернатива: интеграция нанопленки в микрооптические системы.

А что если…

А что если такие пленки можно будет наносить на обычные оптические элементы — линзы, зеркала или даже камеры смартфонов? Тогда появятся миниатюрные спектроскопы и лазерные сенсоры, способные видеть на клеточном уровне. Разработка ИТМО — лишь первый шаг к этой реальности, но он уже открывает путь к фотонной электронике нового поколения.

Плюсы и минусы технологии

FAQ

Как материал из DVD оказался полезен в науке?

Халькогенидный сплав, применявшийся в дисках для записи данных, обладает свойством изменять структуру под действием лазера — это свойство и используется в новой оптике.

Где можно применить эту технологию?

В медицинских сканерах, системах связи, квантовых компьютерах и микроскопах.

Чем она лучше существующих аналогов?

Пленка тоньше, быстрее и эффективнее в сотни раз, при этом сохраняет стабильность при миллионе циклов переключения.

Мифы и правда

• Миф: тонкие пленки не могут быть долговечными.
• Правда: разработка ИТМО выдерживает до миллиона циклов без деградации.
• Миф: генерация гармоники возможна только в громоздких установках.
• Правда: современные нанопленки позволяют достичь того же эффекта на площади микроскопа.
• Миф: dvd-технологии устарели.
• Правда: их материалы стали основой для новейших фотонных устройств.

Исторический контекст

Халькогенидные сплавы впервые начали использовать в 1980-х для хранения информации на CD и DVD-дисках. Они могли "запоминать" лазерный сигнал, изменяя фазу структуры. Теперь, спустя сорок лет, тот же материал открывает новое направление — лазерную нанофотонику, где каждая частица света управляется с точностью до нанометра.

3 интересных факта

1. Пленка толщиной 20 нм в 5000 раз тоньше человеческого волоса.
2. Переключение фаз в материале занимает всего 10 наносекунд.
3. Устройство может работать более миллиона циклов без потери свойств.

Используя материал из старых DVD-дисков, российские физики создали нанопленку, которая меняет длину волны лазерного луча в три раза эффективнее любых аналогов. Эта технология открывает путь к миниатюрным фотонным схемам и новым возможностям квантовой оптики будущего.

Автор Анна Маляева

Анна Маляева — журналист, корреспондент медиахолдинга Правда.Ру

Источник:

https://www.pravda.ru/

Ученые ИТМО разработали рекордно тонкое устройство, которое уменьшает длину волны лазерного луча в три раза. Этот процесс, известный как генерация третьей гармоники, теперь стал эффективнее благодаря пленке из халькогенидного сплава толщиной всего 20 нанометров. Она генерирует излучение в широком диапазоне длин волн без усиления нанорезонаторами и показывает результат в 100-1000 раз лучше аналогичных наноустройств. Разработка будет полезна для исследования тканей и клеток в лазерных сканирующих микроскопах и обработки сигналов в фотонных интегральных схемах для квантовой коммуникации. Исследование опубликовано в журнале Laser & Photonics Reviews.
Генерация гармоники — процесс в нелинейной оптике, при котором лазер проходит через нелинейный кристалл и длина волны света уменьшается. Порядок гармоники определяет, во сколько раз длина волны уменьшилась: если в два раза — получилась вторая гармоника, если в три — третья. Например, невидимый глазу инфракрасный луч с длиной волны 1064 нанометров после генерации второй гармоники становится видимым зеленым светом с длиной волны 532 нанометра, а после генерации третьей гармоники — невидимым ультрафиолетовым лучом с длиной волны 341 нанометр.
Генерация третьей гармоники используется в биофотонике и медицине. Сверхкороткие ультрафиолетовые импульсы возбуждают флуоресценцию биологических тканей и клеток. Так ученые исследуют их структуру без введения красителей на разных лазерных сканирующих микроскопах.
Однако пока не существует эффективных источников генерации третьей гармоники. Чтобы ее имитировать, в индустрии используют дорогие и большие (до полуметра в ширину) многоволновые системы. Лазерный луч и сгенерированная от него вторая гармоника одновременно проходят через нелинейный кристалл, их частоты суммируются, и в итоге получается длина волны равная третьей гармонике. Однако эффективность генерации крайне низкая — только 2–3% от исходного луча превращаются в третью гармонику. Разные исследовательские группы также разрабатывают нанометровые источники генерации третьей гармоники на основе резонансных метаповерхностей, но их эффективность тоже очень мала.
Ученые Нового физтеха ИТМО вместе с исследователями Национального исследовательского университета «Московский институт электронной техники» создали переключаемый и компактный источник третьей гармоники, который работает в 100–1000 раз эффективнее аналогичных нанометровых устройств. Секрет разработки — в тонких пленках из халькогенидного сплава германия, сурьмы и теллура (Ge2Sb2Te5, или GST). Ранее этот материал получил широкую известность благодаря его применению в DVD-дисках и элементах оптической памяти. Его особенность в фазовой памяти: под действием лазера пленки из GST переключают свое агрегатное состояние с аморфного на кристаллическое и обратно и меняют оптические свойства.
«Обычно для создания источника генерации третьей гармоники используют разные 2D-материалы или метаповерхности. Но если сделать из них резонансные наноструктуры для усиления интенсивности генерации, все равно эффективность будет низкой — от 10 в минус 11 степени до 10 в минус седьмой степени в зависимости от материала. Мы предлагаем тонкую пленку из сплава германия, сурьмы и теллура, которая благодаря своим свойствам в 100-1000 раз эффективнее генерирует третью гармонику без нанорезонаторов, чем аналогичные нанометровые устройства с резонаторами. В аморфной фазе пленка с эффективностью в 9×10 в минус шестой степени преобразует инфракрасное излучение в третью гармонику в широком диапазоне видимого спектра — от фиолетового до оранжевого (349–615 нанометров). При этом в кристаллической фазе оптические свойства пленки сильно меняются, и генерация становится менее заметной, пока не исчезает», — объяснил руководитель исследования, научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Артем Синельник.
Достичь высокой эффективности генерации третьей гармоники получилось также за счет размеров устройства. Оно достаточно компактно: толщина самой пленки — 20 нанометров, а вместе с подложкой — около 180–200 микрометров, что сопоставимо с толщиной человеческого волоса.
«Толщина устройств на основе других метаповерхностей достигает примерно 400–600 нанометров. Наши пленки — 20 нанометров. Причем на эффективность работы влияет толщина: чем тоньше пленка в аморфной фазе, тем более эффективно происходит генерация. Благодаря такой особенности наша разработка попадает в тренд на миниатюризацию прикладных устройств», — подчеркнул один из авторов исследования, аспирант Нового физтеха ИТМО Даниил Литвинов.
Компактное и высокоэффективное устройство для генерации третьей гармоники потенциально может заменить несколько источников излучения в лазерных сканирующих микроскопах и повысить разрешение изображения. Также генерация гармоники в зависимости от фазы пленки может служить методом кодирования информации: единица — генерация гармоники в аморфной фазе, и ноль — отсутствие генерации в кристаллической. По словам ученых, переключаться между фазами можно до миллиона раз и за сверхкороткое время — 10 наносекунд. Эту способность в перспективе можно использовать для фотонных интегральных схем, которые обрабатывают оптические сигналы в квантовых коммуникациях.
Исследование поддержано программой «Приоритет 2030» и грантом РНФ №24-72-10038.
Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования.
Источник: https://www.akm.ru/

Физики из Массачусетского технологического института (MIT) разработали интересный метод на основе изучения молекул, который позволяет заглянуть внутрь атомного ядра без использования больших ускорителей частиц. Экспериментальная установка помещается на обычном лабораторном столе, что делает метод широкодоступным научному сообществу — это хороший путь для раскрытия причин асимметрии материи и антиматерии во Вселенной, что для науки остаётся тайной.
В центре исследования оказались молекулы монофторида радия (RaF), в составе которых электрон атома радия естественным образом проникает в ядро, взаимодействует с протонами и нейтронами, а затем возвращается с информацией о внутренней структуре ядра. Данный подход использует прецизионную лазерную спектроскопию для измерения микроскопических сдвигов энергии электронов, что даёт возможность изучать распределение магнитных полей внутри ядра радия-225 — это та информация, которой готовы делиться побывавшие внутри ядра электроны. В отличие от традиционных методов, требующих ускорителей с треками длиною в десятки километров, придуманный в MIT способ работает на лабораторном столе, делая фундаментальную физику более доступной.
Учёные целенаправленно синтезировали молекулу монофторида радия, охладили её и поместили в вакуумную камеру. После этого молекулу осветили лазером, который возбудил электроны. За счёт высокой плотности магнитного поля внутри молекулы у электронов в электронном облаке вокруг ядра радия появляется повышенный шанс проникнуть внутрь этого ядра и вернуться оттуда с информацией. Измеряя энергию электронов с помощью спектроскопии, учёные смогли определить величину сдвига их энергии после посещения ядра, на основании которого можно воссоздать его внутреннее строение.
Протоны и нейтроны в ядре действуют как крошечные магниты с разными ориентациями, и выявленный сдвиг энергии электронов раскрывает их распределение. Величина сдвига энергии соизмерима с одной миллионной энергии в импульсе лазера, но учёные смогли чётко её выявлять. Радий имеет особенную ценность для изучения основ мироздания — его ядро имеет асимметрию по массе и заряду. Оно скорее напоминает грушу, а не яблочко, свойственное обычной форме ядер остального вещества.
Тем самым неправильная форма ядра радия может помочь с поиском фундаментальной асимметрии во Вселенной. Если бы Вселенная была симметричная на фундаментальном уровне, то она бы не возникла — антиматерия поровну с материей просто уничтожили бы её. Но Вселенная есть, значит, где-то прячется основа для её несимметричной сущности. Эксперименты с точным картированием магнитных полей ядра радия позволят создать точную модель расположения нейтронов и протонов в его ядре, и далее могут помочь обнаружить корень отсутствия симметрии в физике нашего мира.
Источник: https://3dnews.ru/

Представьте, что свет может перевернуть фундаментальные законы физики, заставив магниты танцевать в вечном вихре, где действие не равно противодействию.

Японские ученые только что показали на бумаге, как это возможно: облучение магнитных слоев лазером провоцирует их на спонтанное "преследование" друг друга, нарушая третий закон Ньютона.

Это не фантастика, а свежая теория из Nature Communications, которая мостит путь к новым квантовым гаджетам и спинтронным чипам.

Открытие родилось в лабораториях Института науки Токио, где команда под руководством доцента Ре Ханая объединила силы с коллегами из Окаямы и Киото. Они взяли обычные магнитные металлы с их спиновыми связями и осветили их светом точной частоты. В результате знакомое взаимодействие RKKY — то, что обычно держит спины в равновесии, — стало односторонним. Один слой тянется к другому, а тот отталкивается, и вот уже вся система крутится в "киральной" фазе, как парочка в бесконечном танце.

Это работает через диссипацию: свет открывает "двери" для распада только определенных спинов, создавая энергетический перекос. В равновесии такого не бывает — там все симметрично, как в классической механике. Но в неравновесных мирах, вроде биологических клеток или нейронных сетей, асимметрия — норма. Ученые перенесли эту идею в твердотельные материалы, показав, как оптика может разогнать магнитные вихри без внешнего толчка.

Сравнение равновесия и дисбаланса

Чтобы понять разницу, взгляните на таблицу: она противопоставляет привычные системы тем, что рождаются под светом.

Такая таблица подчеркивает, почему открытие революционно: оно выводит материалы из спячки в активное состояние, похожее на живую ткань.

Шаги к оптическому контролю

Хотите поэкспериментировать с идеей в лаборатории? Вот пошаговый план, адаптированный для исследователей материаловедения. Используйте доступные инструменты вроде лазерных спектрометров и ферромагнитных пленок.

1. Выберите материал: Возьмите двухслойный ферромагнит, например, на базе железа или кобальта, с s-электронами для сильной спин-обменной связи.
2. Настройте свет: Калибруйте лазер на частоту, резонирующую с каналами распада — около видимого или ИК-диапазона, в зависимости от металла.
3. Измерьте эффект: Подайте импульс и отслеживайте намагниченность с помощью магнитометра; ищите спонтанное вращение.
4. Анализируйте: Сравните с моделью RKKY — если дисбаланс вырос, вы на пути к "киральной" фазе.
5. Масштабируйте: Интегрируйте в чип для теста спинтронных логических элементов

Этот подход делает теорию практичной, открывая двери для прототипов в квантовой электронике.

Переходя от теории к рискам, важно не игнорировать подводные камни. В экспериментах с оптикой легко запутаться в частотах, что приводит к нулевому эффекту.

Ошибка, последствия и альтернативы

Вот типичные ловушки в работе с такими системами, с решениями на основе реальных материалов.

• Ошибка: Неправильная калибровка лазера. Последствие: Нет диссипации, спины остаются симметричными, вращение не запускается — эксперимент срывается, трата времени на перезапуск. Альтернатива: Перейдите на tunable лазеры вроде Ti:sapphire — они позволяют сканировать диапазон без перестройки оптики, экономя часы.
• Ошибка: Выбор неподходящего материала. Последствие: Слабая спин-обменная связь приводит к быстрому затуханию вихря, данные шумные, публикация под вопросом. Альтернатива: Используйте гибридные слои с редкоземельными добавками, как гадолиний в железе — усиливает RKKY и стабилизирует фазу.
• Ошибка: Игнор тепловых шумов. Последствие: Дисбаланс размывается, система возвращается в равновесие, теряя "киральность" — результаты не воспроизводимы. Альтернатива: Охлаждайте образец криостатом до 77 K; это минимизирует шум и усиливает оптический эффект.

Такие корректировки превращают потенциальные провалы в надежные шаги вперед.

А что если...

А что если эта "погоня" магнитов вдохновит на новые спинтронные накопители, где данные хранятся в вихрях, а не в статичных полях? Представьте чипы, устойчивые к шуму, для квантовых компьютеров. Или если светом запустить похожие дисбалансы в сверхпроводниках — тогда энергоэффективные линии передачи станут реальностью, снижая потери в сетях. А в биомедицине? Оптические манипуляции спинами могли бы стимулировать нейроны без электродов, открывая эру бесконтактной терапии. Возможности кружат голову, как те самые магнитные слои.

Плюсы и минусы подхода

Чтобы взвесить идею, вот таблица с практическими аспектами для материаловедов и инженеров.

Баланс склоняется в плюс, если вы готовы к вызову.

FAQ

Как выбрать частоту света для эксперимента?
Начните с расчета резонанса для вашего металла — используйте спектроскопию поглощения, чтобы найти пики s-электронов. Для железа подойдет 500-800 нм; протестируйте на моделях вроде COMSOL.

Сколько стоит базовая установка для теста?
От 50 000 долларов за лазер и магнитометр; бюджетные варианты — открытые библиотеки вроде Python's SciPy для симуляций, чтобы сэкономить на hardware.

Что лучше: теория или симуляция перед экспериментом?
Симуляция выигрывает — она предсказывает дисбаланс без риска, особенно с DFT-кодами вроде Quantum ESPRESSO; переходите к свету только после валидации.

Мифы и правда

Вокруг таких открытий вьются заблуждения, особенно среди неспециалистов. Развеем их.

• Миф: Это нарушает законы физики навсегда. Правда: Нет, третий закон держится в равновесии; свет просто выводит систему из него, как в лазере или фотосинтезе — дисбаланс временный и управляемый.
• Миф: Нужно экзотическое оборудование, недоступное лабораториям. Правда: Базовые tunable лазеры уже в университетах; даже DIY-варианты на основе LED с фильтрами дают старт для proof-of-concept.
• Миф: Применение только в теории, без практики. Правда: Аналогичные эффекты уже тестируют в спинтронике — вихревые домены в чипах Intel, так что оптический контроль следующий логичный шаг.

Три интересных факта

• RKKY-взаимодействие названо в честь четырех физиков 1950-х, но японцы только что сделали его "односторонним" — как если бы магнитный компас указывал не на север, а гнался за стрелкой.
• "Киральная фаза" напоминает спирали ДНК: в биологии она обеспечивает движение, а здесь — вечное вращение спинов, потенциально для микророботов в медицине.
• Свет как "диссипатор" — не новость в коллоидах, где частицы "танцуют" под лазером, но в твердых металлах это дебют: шаг к гибридным био-электронным интерфейсам.

Исторический контекст

• 1950-е: Рождение RKKY. Физики Рудерман, Киттель, Касуя и Йосида описали спин-обмен в металлах — основа магнитных сплавов для первых жестких дисков.
• 1990-е: Спинтроника зарождается. Открытие гигантского магнитосопротивления (Нобель 2007) сделало спин ключом к данным; теперь свет добавляет динамику.
• 2020-е: Неравновесие в фокусе. Пандемия ускорила интерес к активным материалам — от самоорганизующихся полимеров до оптических нейронов, где дисбаланс имитирует жизнь.

Это открытие вписывается в волну, где физика заимствует у биологии, обещая устройства, живые как клетки.

Телепортация частиц на 22 км — это реально Квантовая запутанность в действии

Автор Владимир Антонов

Владимир Антонов — журналист, корреспондент новостной службы Правды.Ру

Источник:

https://www.pravda.ru/

Оно показывает результат в 100-1000 раз лучше аналогичных наноустройств, отметили в университете ИТМО
Ученые университета ИТМО создали рекордно тонкую пленку из халькогенидного сплава, которая уменьшает длину волны лазерного луча в три раза. Разработка пригодится в лазерной микроскопии для исследования биологических тканей и в фотонных интегральных схемах для квантовой коммуникации, сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.
"Ученые ИТМО разработали рекордно тонкое устройство, которое уменьшает длину волны лазерного луча в три раза. Этот процесс, известный как генерация третьей гармоники, теперь стал эффективнее благодаря пленке из халькогенидного сплава толщиной всего 20 нанометров. Она генерирует излучение в широком диапазоне длин волн без усиления нанорезонаторами и показывает результат в 100-1000 раз лучше аналогичных наноустройств", - говорится в сообщении.
Уточняется, что исследование поддержано программой "Приоритет-2030" и грантом Российского научного фонда. Разработка может заменить несколько источников излучения в лазерных сканирующих микроскопах и повысить разрешение изображения. Также генерация гармоники в зависимости от фазы пленки может служить методом кодирования информации, что в перспективе можно использовать для фотонных интегральных схем, которые обрабатывают оптические сигналы в квантовых коммуникациях.
По данным пресс-службы, генерация гармоники - процесс в нелинейной оптике, при котором лазер проходит через нелинейный кристалл и длина волны света уменьшается. Порядок гармоники определяет, во сколько раз длина волны уменьшилась: если в два раза - получилась вторая гармоника, если в три - третья. Генерация третьей гармоники используется в биофотонике и медицине. Однако пока не существует эффективных источников ее генерации, для имитирования в индустрии используют дорогие и большие (до полуметра в ширину) многоволновые системы.
Как рассказали в вузе, ученые Нового физтеха ИТМО и НИУ "Московский институт электронной техники" создали переключаемый и компактный источник третьей гармоники, который работает в 100-1000 раз эффективнее аналогичных нанометровых устройств. Секрет разработки - в тонких пленках из халькогенидного сплава германия, сурьмы и теллура (Ge2Sb2Te5, или GST). Ранее этот материал получил широкую известность благодаря его применению в DVD-дисках и элементах оптической памяти.
"Толщина устройств на основе других метаповерхностей достигает примерно 400-600 нанометров. Наши пленки - 20 нанометров. Причем на эффективность работы влияет толщина: чем тоньше пленка в аморфной фазе, тем более эффективно происходит генерация. Благодаря такой особенности наша разработка попадает в тренд на миниатюризацию прикладных устройств", - привели в пресс-службе слова одного из авторов исследования, аспиранта Нового физтеха ИТМО Даниила Литвинова.
Источник: https://nauka.tass.ru/

Ученые из Университета Страны Басков создали ультрачерные наноиглы из кобальтата меди, способные поглощать до 99,5% солнечного света. Разработка может повысить эффективность систем концентрированной солнечной энергии и сделать технологию более коммерчески жизнеспособной.
До недавнего времени самыми черными материалами считались вертикально выровненные углеродные нанотрубки, поглощающие 99% света. Однако они нестабильны при высоких температурах и во влажной среде. Это требует дополнительных защитных покрытий и ограничивает их использование в промышленных солнечных установках.
С помощью высокотемпературных лабораторных экспериментов ученые проверили тепловые и оптические свойства наноигл кобальтата меди. Они продемонстрировали более высокую производительность и стабильность. Покрытие оксидом цинка увеличило поглощение света до 99,5%, что превосходит показатели углеродных нанотрубок.
Эти наноматериалы будут особенно полезны для систем концентрированной солнечной энергии, где сотни зеркал фокусируют солнечный свет на центральной башне для генерации тепла. Такие покрытия позволят аккумулировать больше энергии, повышая производительность солнечных электростанций и делая технологию более конкурентоспособной на рынке возобновляемой энергии.
Источник: https://hightech.plus/

Ученые нашли способ экспериментально исследовать свойства фотонного кристалла с помощью люминесцентных измерений с угловым разрешением. Такой метод проще и дешевле, чем используемые сейчас, поскольку он не требует сложного оборудования. Кроме того, разработанный подход позволяет измерять слабые световые сигналы, которые недоступны другим методам. Поэтому разработка будет полезна при создании фотонных вычислительных схем и фотонных компьютеров, которые по скорости работы превзойдут традиционные устройства.
Фотонных компьютеров еще не существует, однако идея использовать кванты света — фотоны — для передачи информации в вычислительных машинах перспективна, поскольку это значительно ускорит обработку информации. Для работы таких компьютеров нужен эффективный источник излучения. Кремний — основной элемент современных микросхем и транзисторов — сам по себе почти не излучает свет, и, чтобы придать ему это свойство, нужно вырастить на нем наноостровки германия и сформировать в полученной структуре фотонный кристалл. В такой структуре наноостровки излучают свет, который, взаимодействуя с фотонным кристаллом, усиливается.
Ученые исследуют особенности излучения фотонных кристаллов с помощью дорогостоящих камер сложной конструкции, что затрудняет работу. Фотонный кристалл светит во все стороны, но обычно измеряется сигнал, ограниченный углами, которые определяются используемым объективом. Раньше без специальных камер невозможно было проанализировать угловое распределение излучения — то есть диаграмму направленности всех лучей от кристалла — и выявить в ней фундаментальные явления, позволяющие эффективно управлять излучающими свойствами наноостровков германия.
Ученые из Института физики микроструктур РАН (Нижний Новгород) разработали новый метод изучения сигналов фотонных кристаллов с помощью спектрометра — прибора, который есть в любой физической лаборатории. Для этого авторы решили улучшить обычную схему измерений без углового разрешения. Исследователи поместили диафрагму (пластину с отверстием, сквозь которую проходит свет, генерируемый фотонным кристаллом) в центр параллельного пучка света, формируемого объективом, а затем смещали ее в разные стороны. Это позволило авторам исследовать, как излучение выходит из фотонного кристалла под разными углами, а не только вертикально вверх. Как выяснили ученые, в направлениях, отличных от вертикального, также наблюдается ряд интересных эффектов и уникальных состояний, открывающих возможности управления излучением. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Applied Physics.
Оказалось, что с помощью предложенного подхода можно проанализировать, как фотонный кристалл светит в разные углы относительно нормали (направления, перпендикулярного фотонному кристаллу). В перспективе это может позволить передавать информацию с помощью фотонных кристаллов и использовать их для сенсорики (в высокочувствительных датчиках).
Сейчас при создании фотонных схем 35 процентов их цены составляют затраты на тестирование и отладку. Последняя нужна для того, чтобы понять, хороша ли схема, которую изготовили на производстве. Далее схему необходимо протестировать — для этого в качестве тестовых источников излучения можно использовать фотонные кристаллы. Такой подход удобен, так как фотонные кристаллы возможно вырастить вместе со схемой, а не прикреплять к ней. Если схема хорошая, то к ней можно пристыковывать рабочий лазер (другой, не на фотонных кристаллах с наноостровками). Если же сделать это, не протестировав схему на фотонных кристаллах, вся конструкция может оказаться некачественной и непригодной для использования.
«В дальнейшем мы планируем исследовать поляризацию света, излучаемого фотонными кристаллами. Мы хотим узнать, как именно в фотонных кристаллах формируется поляризованное излучение и как можно это свойство использовать на практике. В перспективе это может быть полезно для дополнительного кодирования информации поляризацией. В целом наша дальнейшая работа будет направлена на изучение того, как еще можно управлять излучением фотонных кристаллов. Мы будем использовать накопленный опыт и поймем, как подобрать параметры фотонного кристалла так, чтобы создать ровно тот источник излучения, который нужен для прикладных задач, например, для сенсорики или для передачи информации», — рассказывает исполнитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Артем Перетокин, аспирант Института физики микроструктур РАН.
Источник: https://naked-science.ru/