Группа ученых из разных стран попыталась узнать, как далеко может простираться таблица химических элементов. Они хотели понять, есть ли предел у этой таблицы и сможем ли мы когда-нибудь создать новый элемент, который будет последним.
Профессор Брэдли Чил, один из авторов исследования, сказал:
Ученые давно задаются вопросом о том, что происходит с атомами на границах таблицы элементов, где находятся самые тяжелые ядра, и где может закончиться периодическая таблица.
В своем исследовании ученые изучили строение ядер атомов фермия (это элемент под номером 100) и нобелия (элемент 102), используя разное количество нейтронов.
Это два химических элемента, которые очень трудно синтезировать и которые находятся в более тяжелой части периодической таблицы элементов.
Использование лазерных лучей для измерения ядерного радиуса изотопов в конце периодической таблицы
Элементы, которые находятся в конце таблицы Менделеева, ученые создают искусственно с помощью ядерных реакций. Эти элементы не встречаются в природе, и их сложно производить. Кроме того, они существуют очень короткое время.
Ученые из разных стран решили изучить некоторые из этих элементов, чтобы лучше понять их свойства. Они использовали лазерную спектроскопию для измерения размера ядер нескольких изотопов нобелия и фермия.
В ходе исследования ученые использовали лазерное оборудование, чтобы изучить атомы нобелия и понять их структуру.
Ключевой изотоп они получили после того, как атомы другого элемента (лавренсия) распались. Эти атомы захватили из пучка продуктов ядерной реакции и нагрели с помощью нити накаливания. Затем исследователи провели процесс, который называется резонансной ионизацией атомов, и определили их по отпечатку альфа-распада.
Ученые обнаружили, что количество нейтронов в атомах менялось постепенно, а не резко, как у более легких элементов. Это говорит о том, что на сверхтяжелые элементы ядерные оболочки влияют меньше.
Что происходит при крайних значениях числа нейтронов и протонов
Новое исследование основано на работе, проведенной в 2016 году. В ней принимал участие профессор Чил. Тогда ученые впервые использовали лазерную спектроскопию для изучения нобелия.
Нобелий — это искусственный химический элемент с атомным номером 102. Его создали в 1957 году ученые из Нобелевского института физики в Стокгольме. Сейчас этот элемент производят в очень малых количествах и используют только для научных исследований.
Изучая такие элементы, как нобелий, ученые могут понять, насколько далеко мы можем расширить периодическую таблицу химических элементов. Это может иметь большое значение для материаловедения и других областей науки.
Результаты опубликованы в журнале Nature.
Источник: https://innovanews.ru/

Ученые установили, что лазерный свет проходит в два раза глубже через раковые клетки.
Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского установили, что ткани опухоли меньше рассеивают лазерный свет, чем здоровые. Поэтому свет лазера проникает в опухоль почти в два раза глубже. Это важно для разработки эффективных методов лазерной терапии, которая может стать более точной и безопасной. Об этом «Газете.Ru» рассказали в Минобрнауки РФ.
Для экспериментов учёные использовали модельную опухоль карциномы молочной железы у лабораторной мыши. Главный вывод — ткани опухолей молочной железы имеют меньшую способность рассеивать свет по сравнению со здоровыми тканями. Это открытие имеет большое значение: снижение рассеяния позволяет свету проникать глубже в опухоль, а это важно для таких методов лечения, как фотодинамическая и фототермическая терапия.
Свет проходит почти в два раза глубже через пораженные клетки в ключевых диапазонах спектра. Это значит, что лазеры смогут воздействовать на опухоль более эффективно, при этом меньше затрагивая здоровую ткань.
«Мы провели сравнительный анализ оптических параметров ткани здоровой молочной железы мыши и человека (на основе литературных данных) и здоровой ткани и карциномы молочной железы мыши. Такое комплексное исследование было проведено впервые. Полученные результаты позволяют надёжно дифференцировать здоровые и опухолевые ткани»,— рассказала «Газете.Ru» профессор кафедры оптики и биофотоники Элина Генина.
Лазерная терапия уже активно применяется для лечения некоторых видов рака, но её точность и эффективность часто зависят от того, насколько хорошо свет проникает в опухоль. Изучение оптических свойств тканей позволяет учёным создавать компьютерные модели, которые предсказывают, как свет будет распространяться внутри организма. В будущем это поможет врачам индивидуально подбирать параметры лазера для каждого пациента. Кроме того, исследование открывает путь к использованию наночастиц, которые могут повышать температуру опухоли, уничтожая раковые клетки, но не повреждая здоровые.
Источник: https://www.gazeta.ru/

Новый способ управления пучком релятивистских электронных импульсов, создаваемых фемтосекундным лазером сверхвысокой интенсивности, продемонстрировал Институт фундаментальных исследований Тата, Мумбаи, в сотрудничестве с Австралийским национальным университетом, Канберра.
Исследование опубликовано в журнале Laser and Photonics Reviews.
Пучки электронов высокой энергии имеют решающее значение для фундаментальной науки и множества приложений и технологий, таких как визуализация, литография полупроводников, материаловедение и медицинская терапия. Как правило, такие пучки получают из ускорителей — сложных дорогостоящих устройств больших размеров со сложными мощными электрическими и управляющими системами. И каждый из них ориентирован на работу в определенном режиме энергий и токов, который очень сложно изменить по своему усмотрению.
Фемтосекундные лазерные импульсы высокой интенсивности доводят электроны до очень высоких энергий, достигающих миллионов и миллиардов электронвольт на масштабах длины, в 100-1000 раз меньших, чем длина обычных ускорителей, что обещает революцию в компактификации и управлении. Большая часть этого прогресса была достигнута с использованием мишеней из газообразной плазмы, и луч электронов обычно направляется вдоль направления самого лазера.
Поэтому необходимо найти способы получения электронов с большим потоком, например, с помощью твердой мишени, одновременно контролируя их направленность. Для плоских твердых тел направление и поляризация лазерного излучения контролируют энергию и направление эмиссии электронов. Пучки имеют довольно широкий угловой разброс, становясь еще шире при более высоких интенсивностях лазера. Изменение их направления или формирование узкого пучка — чрезвычайно сложные задачи.
Именно в этом направлении и работает настоящее изобретение. Используя твердое тело с поверхностью, украшенной нанопилястрами, авторы управляют импульсами электронов с энергией МэВ и направляют их в узкие пучки, регулируя угол падения лазера. Наноструктура усиливает локальные электрические поля, обеспечивая большее ускорение, чем могут обеспечить плоские поверхности, а разумный выбор угла падения и расстояния между ними позволяет направлять импульсы электронов в нужном направлении. Приятный бонус — моделирование показывает, что электронные импульсы имеют аттосекундную длительность.
Таким образом, упорядоченные наношаги могут не только дать мощный толчок электронам, но и плотно связать их во времени и приказать им двигаться в заданных направлениях. Авторы называют это «плазменной нанофотоникой», проводя аналогию с массивом антенн — правильно расставленных — излучающих направленное, когерентное электромагнитное излучение.
Источник:
https://innovanews.ru/

Группа ученых из Аргоннской национальной лаборатории в США изучила необычное поведение материала, изменяющего свою структуру при воздействии ультракоротких лазерных импульсов. Работа опубликована в журнале Nature Materials (NM).
Материалы ведут себя по-разному в зависимости от их внутренней структуры. Например, алмаз и графит состоят только из атомов углерода, но из-за различий в структуре они обладают совершенно разными свойствами.
В новом исследовании ученые изучили материал, состоящий из чередующихся слоев ферроэлектриков (материалов, заряды в которых смещаются под действием внешнего электрического поля) и неферроэлектриков. При воздействии лазера этот материал переходит в так называемое метастабильное состояние – промежуточное состояние, далекое от равновесия, но которое может сохраняться долгое время. Такие метастабильные состояния могут позволить представлять информацию в совершенно новом виде, увеличивая скорость и плотность ее обработки.
Лазерный импульс, длительностью менее 100 фемтосекунд (миллионных долей миллиардной доли секунды), «встряхивает» материал, заставляя его перейти в хаотичное состояние, которое ученые назвали «фаза супа». В этом состоянии структура материала разрушается: атомы и электроны теряют порядок. Однако спустя миллиардные доли секунды «суп» начинает упорядочиваться. Возникает новая структура – суперкристалл, в котором множество маленьких кристаллов соединяются в одну более сложную и упорядоченную форму.
Ученые применяли для процесса трансформации мощные рентгеновские лазеры в США и Японии, а также использовали специальные установки для создания трехмерных карт структуры материала. Эти приборы позволяют «увидеть», как движутся атомы и электроны во время превращений, и разобраться, почему материал ведет себя так необычно.
Теперь исследователи планируют изучить, как управлять этими процессами, чтобы создавать материалы с заданными свойствами для будущих технологий.
Источник: https://www.gazeta.ru/

В России учёные из МГТУ им. Н.Э. Баумана совместно с коллегами из Института общей физики им. А.М. Прохорова создали инновационный подход к реализации квантовых вычислений, основанный на новых физических принципах. Исследователи успешно применили особые физические состояния волн, названные “солитонными молекулами”, которые были получены на специально разработанной лазерной установке.
Данный метод призван решить основную проблему современных квантовых вычислений – устранение помех при проведении расчётов, сообщает RT со ссылкой на пресс-службу Российского научного фонда. В современном мире множество научных коллективов занимаются разработкой квантовых компьютеров, которые используют кубиты вместо традиционного двоичного кода.
Принцип работы таких устройств основан на законах квантовой физики, позволяющих квантовой частице находиться одновременно в нескольких состояниях, что существенно повышает производительность. Однако существует серьезное препятствие – увеличение количества кубитов приводит к росту ошибок и шумов из-за высокой чувствительности квантовых частиц.
Британские ученые записали геном человека на вечный кристалл памяти Российские учёные предложили использовать вычислительные системы на ультракоротких лазерных импульсах с применением солитонных молекул. Им удалось создать установку, генерирующую “солитонные молекулы” высокого порядка с 14 “запутанными” импульсами, где состояние каждого импульса влияет на общую группу. Созданная установка использует обычный лазерный диод в качестве источника энергии.
Излучение, проходя через кольцевой волоконный резонатор, формирует устойчивые волновые структуры. Количество импульсов в получаемых структурах можно регулировать, изменяя мощность лазера. Исследователи планируют продолжить работу и экспериментально подтвердить гипотезу о самокоррекции шумов в импульсных структурах, для чего будет создан новый лабораторный стенд.
Источник: https://sciencexxi.com/

Ученые, в том числе исследователь химии из Университета штата Орегон, сделали ключевой шаг к более быстрому и энергоэффективному искусственному интеллекту и обработке данных в целом, открыв люминесцентные нанокристаллы, которые можно быстро переключать из светлого состояния в темное и обратно.
Необычайные возможности этих нанокристаллов по переключению и запоминанию информации могут однажды стать неотъемлемой частью оптических вычислений — способа быстрой обработки и хранения информации с помощью частиц света, которые перемещаются быстрее, чем что-либо во Вселенной, — говорит Артем Скрипка, доцент Научного колледжа OSU.
Исследование Скрипки и его коллег из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Колумбийского университета и Автономного университета Мадрида, опубликованное в журнале Nature Photonics, касается типа материала, известного как авалирующие наночастицы.
Наноматериалы — это крошечные кусочки материи размером от одной миллиардной до одной стомиллиардной доли метра, а аваланжирующие наночастицы отличаются крайней нелинейностью в своих светоизлучающих свойствах — они испускают свет, интенсивность которого может сильно увеличиваться при небольшом увеличении интенсивности лазера, который их возбуждает.
Исследователи изучали нанокристаллы, состоящие из калия, хлора и свинца и легированные неодимом. Сами по себе нанокристаллы KPb2Cl5 не взаимодействуют со светом, однако в качестве хозяев они позволяют гостевым ионам неодима более эффективно обрабатывать световые сигналы, что делает их полезными для оптоэлектроники, лазерных технологий и других оптических приложений.
Обычно люминесцентные материалы излучают свет, когда их возбуждает лазер, и остаются темными, когда его нет, — говорит Скрипка.
В отличие от них, мы с удивлением обнаружили, что наши нанокристаллы живут параллельной жизнью. При определенных условиях они демонстрируют своеобразное поведение: они могут быть как яркими, так и темными при абсолютно одинаковой длине волны и мощности лазерного возбуждения.
Такое поведение называется внутренней оптической бистабильностью. Внутренняя оптическая бистабильность нанокристаллов — это прогресс на пути к фотонным интегральным схемам, которые могут превзойти современные электронные и оптоэлектронные системы, причем с большей эффективностью.
Если кристаллы изначально темные, нам нужна большая мощность лазера, чтобы включить их и наблюдать излучение, но когда они излучают, мы можем наблюдать их излучение при меньшей мощности лазера, чем нам нужно было для их первоначального включения, — говорит Скрипка.
Это похоже на езду на велосипеде — чтобы разогнать его, нужно сильно нажать на педали, но как только он начинает двигаться, вам требуется меньше усилий, чтобы поддерживать его в движении. А их свечение можно включать и выключать очень резко, как будто нажав на кнопку.
Нанокристаллы с низким энергопотреблением соответствуют глобальным усилиям по снижению количества энергии, потребляемой растущим присутствием искусственного интеллекта, центров обработки данных и электронных устройств, добавил он. И не только приложения искусственного интеллекта требуют значительных вычислительных мощностей, но и часто ограничены ограничениями, связанными с существующим оборудованием, что также может быть решено в новом исследовании.
Интеграция фотонных материалов с присущей им оптической бистабильностью может означать более быстрые и эффективные процессоры данных, улучшающие алгоритмы машинного обучения и анализ данных, — сказал Скрипка.
Это также может означать более эффективные световые устройства, используемые в таких областях, как телекоммуникации, медицинская визуализация и экологическое зондирование.
Кроме того, по его словам, исследование дополняет существующие усилия по разработке мощных оптических компьютеров общего назначения, которые основаны на поведении света и материи в наномасштабе, и подчеркивает важность фундаментальных исследований для стимулирования инноваций и экономического роста.
Наши результаты — это захватывающее событие, но необходимо провести дополнительные исследования для решения таких проблем, как масштабируемость и интеграция с существующими технологиями, прежде чем наше открытие найдет свое применение в практических приложениях, — сказал Скрипка.
Источник:
https://innovanews.ru/

Это позволит оперативно настраивать работу этих приборов, а также компенсировать дефекты в режиме реального времени, манипулируя жидкими кристаллами при помощи электрического поля
МОСКВА, 20 января. /ТАСС/. Исследователи из России и Белоруссии разработали подход, позволяющий гибко управлять работой и поведением различных экзотических датчиков и прочих оптических устройств, построенных на базе принципов так называемой неэрмитовой фотоники. Об этом сообщил Центр научной коммуникации МФТИ.
"На данном этапе мы не ставили перед собой задачу разработать конкретные практические приложения. Тем не менее, предложенный принцип можно сравнительно легко осуществить путем интегрирования анизотропной среды, например, жидкого кристалла, в существующие неэрмитовые оптические системы", - пояснил главный научный сотрудник МФТИ Александр Шалин, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.
Как объясняют ученые, в последние годы физики со всего мира активно разрабатывают высокочувствительные сенсоры, поглотители излучения, лазеры и оптические переключатели, основанные на базе так называемой неэрмитовой фотоники. Так ученые называют особые оптические среды, поведение которых можно описать при помощи математических методов, разработанных в рамках квантовой теории.
Отличительной особенностью этих сред является то, что в них могут возникать так называемые исключительные точки. Так ученые называют особые области пространства, где спонтанным образом нарушается баланс между поглощением и усилением излучения. В результате этого поведение системы кардинально меняется, и она начинает необычно сильно реагировать на внешние возмущения, чем можно пользоваться при разработке различных детекторов и оптических аналогов транзисторов.
Для этого, как отмечают ученые, необходимо управлять или образованием и поведение исключительных точек, или же тем, как с ними взаимодействует вся остальная часть прибора. Ученые обнаружили, что подобный контроль можно осуществить, если встроить в разрабатываемый оптический прибор две прослойки жидких кристаллов или других материалов, чьи оптические свойства зависят от того, в каком направлении распространяется через них свет.
Интеграция двух слоев подобных материалов в фотонный прибор позволяет гибко управлять положением и числом критических точек, существующим внутри этого устройства. Это позволит оперативно настраивать работу этих приборов, а также компенсировать дефекты в режиме реального времени, манипулируя жидкими кристаллами при помощи электрического поля. Схожим образом, как считают физики, можно управлять исключительными точками при помощи прослоек из магнитооптических материалов.
Источник: https://nauka.tass.ru

Несмотря на то, что светодиодные лампы бьют по КПД обычные лампы накаливания, американские инженеры обратились к этой проверенной временем технологии и разглядели в ней огромный потенциал для передовой фотоники и оптики. Закрутив обычную вольфрамовую нить на микро- и наноуровне, они изготовили новую лампочку, которая дает эллиптически поляризованный свет, в сто раз более яркий.
Поляризованный свет — волны света, осциллирующие в определенном направлении. Прямой солнечный свет обычно рассеивается во всех направлениях, но когда он падает на поверхность воды, то отражается линейно, и кажется глазу очень ярким пятном. Для таких случаев выпускают специальные солнцезащитные очки от горизонтально поляризованного света. Обычные лампы накаливания излучают неполяризованный или линейно поляризованный свет.
Другой тип поляризованного света — поляризованный эллиптически, при котором складываются два линейно поляризованных колебания с разными амплитудами и фазами. Как выяснили исследователи из Университета Мичигана, если источник излучения определенным образом закручен на микро- и наноуровне, и длина витка совпадает с длиной волны излучаемого света, излучение черного тела тоже оказывается закрученным.
Увеличение яркости в 100 раз по сравнению с другими подходами — главное преимущество этой технологии. Мало того, излучаемый свет включает более широкий спектр длин волн. Ученые уже догадываются, как использовать эти особенности, в частности, при создании лазера на закрученном свете.
Применение такому свету может найтись в робототехнике, точнее, в машинном зрении. С его помощью автономные системы смогут лучше различать объекты, чем при рассеянном свете. Они смогут получать больше информации благодаря повышению контрастности изображения. Или в материаловедении и медицинской диагностике.
Потенциал для технологий связи тоже значителен, пишет New Atlas. Поляризованный свет уже используется в волоконно-оптических линиях передачи. Возможность с такой точностью управлять поляризацией света может привести к увеличению скорости и безопасности передачи данных.
Лампочку накаливания собрали пару лет назад инженеры из США из нанотрубок. Они поглощают тепло, излучая свет. Такие лампочки накаливания можно использовать в фотонике, а также для производства сенсоров и оптических компонентов компьютеров будущего.
Источник:
https://hightech.plus/

Алмаз, который часто славится своей непревзойденной твердостью и прозрачностью, стал исключительным материалом для мощной электроники и квантовой оптики нового поколения. Алмаз можно сделать таким же электропроводящим, как металл, путем введения примесей, например, бора. Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв и Университета Иллинойса Урбана-Шампейн обнаружили еще одно интересное свойство алмазов с добавлением бора, известных как легированные бором алмазы. Это открытие может проложить путь к созданию новых типов биомедицинских и квантовых оптических устройств — более быстрых, эффективных и способных обрабатывать информацию так, как не могут классические технологии. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Ученые обнаружили, что алмазы, легированные бором, демонстрируют плазмоны — волны электронов, которые движутся при попадании на них света, — что позволяет управлять электрическими полями и усиливать их в нанометровом масштабе. Это важно для передовых биосенсоров, наноразмерных оптических устройств, а также для улучшения солнечных батарей и квантовых приборов.
Ранее было известно, что алмазы, легированные бором, проводят электричество и становятся сверхпроводниками, но не обладают плазмонными свойствами. В отличие от металлов или даже других легированных полупроводников, алмазы, легированные бором, остаются оптически прозрачными. «Алмаз продолжает сиять, — сказал Джузеппе Странджи, профессор физики, — как в буквальном смысле, так и в качестве маяка для научных и технологических инноваций. По мере того как мы вступаем в эру квантовых вычислений и коммуникаций, подобные открытия приближают нас к использованию всего потенциала материалов на их фундаментальном уровне».
«Понимание того, как легирование влияет на оптический отклик полупроводников, таких как алмаз, меняет наше представление об этих материалах», — сказал Мохан Санкаран, профессор ядерной, плазменной и радиологической инженерии в инженерном колледже Грейнджера в Иллинойсе.
Плазмонные материалы, которые воздействуют на свет в наномасштабе, очаровывали людей на протяжении веков, еще до того, как были поняты их научные принципы. Яркие цвета в средневековых витражах получаются благодаря металлическим наночастицам, встроенным в стекло. Когда через них проходит свет, эти частицы генерируют плазмоны, которые создают определенные цвета. Наночастицы золота кажутся рубиново-красными, а наночастицы серебра – ярко-желтыми. Это древнее искусство подчеркивает взаимодействие между светом и материей и вдохновляет на современные открытия в области нанотехнологий и оптики.
Алмазы, состоящие из прозрачных кристаллов элемента углерода, могут быть синтезированы с использованием небольшого количества бора, соседствующего с углеродом в периодической таблице. Бор содержит на один электрон меньше, чем углерод, что позволяет ему принимать электроны. По сути, бор открывает в материале периодическую электронную «дыру», которая увеличивает способность проводить ток. Решетка алмаза, легированного бором, остается прозрачной, с голубым оттенком. (Знаменитый бриллиант Хоупа имеет голубой цвет, потому что содержит небольшое количество бора).
Благодаря другим уникальным свойствам — химической инертности и биологической совместимости — алмаз, легированный бором, потенциально может применяться в тех областях, где другие материалы не могут быть использованы, например, для медицинской визуализации, высокочувствительных биочипов или молекулярных датчиков.
Автор Анна Щербакова Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)

«Эта работа может привести к первой экспериментальной реализации фотонных кристаллов времени, что позволит использовать их в практических целях и, возможно, изменит отрасли промышленности», — говорит Виктор Асадчий.
Международная исследовательская группа впервые создала реалистичные фотонные кристаллы времени – экзотические материалы, которые экспоненциально усиливают свет. Этот прорыв открывает захватывающие возможности в таких областях, как связь, визуализация, сенсорика, и закладывает основы для более быстрых и компактных лазеров, датчиков и других оптических устройств. Работа опубликована в журнале Nature Photonics.
«Эта работа может привести к первой экспериментальной реализации фотонных временных кристаллов, что приведет к их практическому применению и потенциально изменит индустрию. От высокоэффективных усилителей света и передовых датчиков до инновационных лазерных технологий – это исследование бросает вызов границам того, как мы можем управлять взаимодействием света и материи», – говорит доцент Виктор Асадчий из Университета Аалто (Финляндия).
Фотонные временные кристаллы представляют собой уникальный класс оптических материалов. В отличие от традиционных кристаллов, которые имеют пространственно повторяющиеся структуры, фотонные временные кристаллы остаются однородными в пространстве, но демонстрируют периодические колебания во времени. Это отличительное свойство создает «импульсные разрывы», или необычные состояния, когда свет замирает внутри кристалла, а его интенсивность растет по экспоненте с течением времени. Чтобы понять особенность взаимодействия света в фотонном временном кристалле, представьте себе луч, проходящий через среду, которая переключается между воздухом и водой квадриллионы раз в секунду – удивительное явление, которое бросает вызов традиционному пониманию оптики.
Одно из потенциальных применений фотонных кристаллов времени – наносенсорика.
«Представьте, что мы хотим обнаружить присутствие маленькой частицы, например, вируса, загрязнителя или биомаркера для таких заболеваний, как рак. При возбуждении частица будет излучать крошечное количество света с определенной длиной волны. Фотонный временной кристалл может улавливать этот свет и автоматически усиливать его, обеспечивая более эффективное обнаружение с помощью существующего оборудования», – говорит Асадчий.
Создание фотонных временных кристаллов для видимого света долгое время оставалось сложной задачей из-за необходимости чрезвычайно быстрого, но одновременно масштабного изменения свойств материала. На сегодняшний день наиболее продвинутая экспериментальная демонстрация фотонных кристаллов времени, разработанная членами той же исследовательской группы, была ограничена гораздо более низкими частотами, такими как микроволны.

В последней работе команда предлагает, используя теоретические модели и электромагнитное моделирование, первый практический подход к созданию «истинно оптических» фотонных кристаллов времени. С помощью массива крошечных кремниевых сфер ученые предсказывают, что особые условия, необходимые для усиления света, которые ранее были невозможными, наконец, могут быть достигнуты в лаборатории с помощью известных оптических методов.
Автор Анна Щербакова
Источник: https://scientificrussia.ru/

Разрешение при этом достигло петагерцового диапазона
Немецкие физики измерили электрические поля в жидкой фазе с высокой точностью и петагерцовым разрешением. Они использовали фемтосекундный лазер и электрооптическую выборку для измерения откликов. Работа опубликована в журнале Nature Photonics.
Ученые широко используют лазерное количественное определение состава образцов без использования специализированных меток. Для точных спектроскопических измерений обычно образец необходимо изолировать от помех окружающей среды и здесь основную проблему для исследователей представляет вода. Вода покрывает около 70 процентов земного шара, проникает в измерительные приборы через атмосферу и из-за сильного сечения поглощения света в видимом и среднем инфракрасном диапазоне доминирует над другими, более тонкими, характеристиками поглощения, возникающими от других молекул. Более того, избыточная поглощенная водой энергия может оставаться в образце в виде тепловой энергии, ограничивая неинвазивный анализ. Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые используют спектроскопию в ближнем инфракрасном диапазоне и фурье-спектроскопию. Однако чувствительность этих методов остается ограниченной из-за фоновых сигналов.
Группа физиков под руководством Хание Фаттахи (Hanieh Fattahi) из Института физики света Общества Макса Планка использовала мощные фемтосекундные лазерные импульсы для возбуждения молекул и электрооптическую выборку для измерения откликов. Ультракороткие импульсы генерировали в два этапа. Сначала физики при помощи лазера генерировали импульсы с энергией около 20 микроджоулей и частотой около мегагерца и сжимали их с 255 до 25 фемтосекунд при помощи спектрального расширения на основе фазовой модуляции в заполненных аргоном однокольцевых фотонных кристаллических волокнах. Затем ученые дополнительно сжимали импульсы в аналогичном волокне за счет эффекта самокомпрессии. Такая схема помогла генерировать яркие синхронизированные импульсы, обеспечивая высокую чувствительность и минимизацию шумов.
Чтобы зафиксировать отклик молекул на эти импульсы с высокой точностью, исследователи применили электрооптическую выборку, которая позволяет разрешить циклы электрического поля света путем преобразования его спектральной полосы пропускания в более высокие частоты. Это позволило физикам применить кремниевые детекторы для широкополосного обнаружения в ближнем инфракрасном диапазоне.
Эксперименты показали, что метод способен измерять вибрации молекул воды и этанола в жидкой фазе с беспрецедентной чувствительностью. Авторы статьи смогли четко разделить отклики молекул в жидкости от длительных сигналов, исходящих от молекул окружающего воздуха с разрешением в петагерцовом диапазоне. Это позволило зарегистрировать даже слабые резонансные отклики, такие как колебательные моды молекул этанола при концентрациях вплоть до 4,13 микромоль.
Спектроскопия используется в различных научных областях. Например, ранее мы писали, как спектроскопия помогла измерить красноту мякоти яблок.
Источник: https://nplus1.ru/

© 2025 Лазерная ассоциация

Поиск