Опалы «переворачивают» атомные спектры
 Схематическое изображение экспериментальной установки. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
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.
Также по теме:
- Фотоника становится гибкой
- Решетка из плазмонов помогла создать новый тип нанолазера
- Ученые сделали еще один шаг на пути к плазмонным устройствам на основе графена
- Управлять жидкими кристаллами можно при помощи пироэлектрического эффекта
- Фотоприемник, созданный из графена и квантовых точек, бьет рекорды
Источники: