Опалы «переворачивают» атомные спектры

Схематическое изображение экспериментальной установки. (кликните картинку для увеличения)

Схематическое изображение экспериментальной установки. (кликните картинку для увеличения)

28.01.2015 (7:12)
Просмотров: 1713
Рейтинг: 0.00
Голосов: 2

Теги:
атом, резонатор, фотоника,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Простота использования атомов в качестве оптических резонаторов давно привлекает теоретиков. Однако в экспериментах, как правило, задействуются светодиоды и квантовые точки, которые более удобны для практического применения, несмотря на ограничения оптических характеристик. Теперь же, благодаря стремлению использовать атомы в качестве источников света внутри фотонных кристаллов, ученые из Нидерландов выявили интересную связь между оптическим поведением атома и кристалла. Полученные результаты свидетельствуют о новых возможностях для технологий, основанных на квантовой фотонике.

Группа исследователей из MESA+ Institute for Nanotechnology при University of Twente (Нидерланды) изучила поведение фотонного кристалла, внутри которого были распределены одинаковые атомные резонаторы из цезия. Ученые обнаружили, что форма линии, описывающей отражательную способность, как функцию длины волны в этих идентичных природным резонаторам фотонных кристаллах, перевернута вверх ногами. При этом характеристики резонаторов из цезия не изменяются. Они соединены с фотонным кристаллом, и их пики отражающей способности сдвигаются примерно на 20% при взаимодействии с цезием в ходе эксперимента.

Как отмечают ученые, это был один из самых сложных экспериментов в их карьере. Основная загвоздка заключалась в агрессивной реакции цезия со всем, с чем он находится в контакте, в том числе, с фотонным кристаллом, металлическим контейнером и окнами для обзора. А когда команда нашла материал для производства стойких к воздействию цезия окон, сложно было обеспечить соответствие фотонного кристалла этому материалу. После целой серии ошибок группе наконец удалось сделать воспроизводимый эксперимент, где все реакции контролируются. Надо отметить, что работа над экспериментом началась в 1997 году, и после того, как были получены первые результаты, еще год потребовался на то, чтобы понять, что именно происходит.

В качестве фотонного кристалла в своей работе исследователи использовали типичный опал, сформированный из суспензии наносфер из диоксида кремния в растворе. Поскольку кристалл впоследствии необходимо было разместить около окна из специального материала, устойчивого к воздействию цезия, исследователи напыляли суспензию наносфер из диоксида кремния непосредственно на окно.

Несмотря на сложности, связанные с работой с атомами цезия, ученые считают, что у такого экспериментального подхода есть целый ряд преимуществ. В первую очередь это упрощает интерпретацию результатов, поскольку резонансы других атомов щелочных металлов, которыми можно было бы заменить цезий, слишком слабы, что усложнит последующий анализ данных.

Применение полученных результатов, в частности, использование связанных фотонных систем для настройки оптического поведения, вероятно, еще далеко. Однако исследователи уже готовы назвать ряд потенциальных применений своим разработкам: квантовые регистры для квантовой памяти, квантовые вычисления и обработка данных, квантовый интернет. В целом это не следующее поколение технологий, а технологии, основанные на другом принципе, которые, в том числе, могут подтолкнуть развитие и «традиционных» инженерных направлений.

В ближайшей перспективе исследователи планируют сосредоточить свое внимание на материаловедении. На данный момент результаты достигнуты для постоянно меняющейся системы, но с ней сложно работать. Объединив усилия с химиками, ученые надеются найти фотонный кристалл, не реагирующий с цезием. С устойчивой системой можно сделать более воспроизводимые эксперименты.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Physical Review B.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное


Rambler's Top100