Китайские ученые установили квантовую запутанность между двумя модулями памяти, расположенными в разных частях одного города на расстоянии 12,5 км. Исследователи из Университета науки и технологий Китая и Цзинаньского института квантовых технологий продемонстрировали возможность создания квантовой запутанности между двумя независимыми и дистанционными системами памяти.
Технология, описанная в журнале Physical Review Letters, пригодится для создания квантового интернета.
В своем эксперименте Бао и его коллеги разместили два модуля квантовой памяти (набора атомов) в разных местах городской среды, разместив их на расстоянии 12,5 км друг от друга. Ученые сформировали квантовую запутанность возбудив один атом в первом узле. Фотон, испущенный атомом, был передан по оптоволокну длиной 20,5 км к другому модулю памяти, и связал два узла.
Исследователи отмечают, что фотон, испускаемый модулем памяти, находится в ближнем инфракрасном диапазоне (795 нм). Такая частота не подходит для передачи по волокну с малыми потерями. Поэтому авторы работы использовали метод квантового преобразования частоты, чтобы увеличить длину волны фотона до 1342 нм. После поступления сигнала во второй модуль проводится обратное преобразование. Такая технология, как полагают создатели, увеличивает качество передачи данных.
Хотя некоторые предыдущие исследования демонстрировали квантовые связи на больших расстояниях, в основном они касались передачи запутанных фотонов либо связывали длинным волокном лаборатории в одном здании, объясняют авторы публикации. В своей работе ученые связали устройства квантовой памяти на основе атомов, разнесенных на большое расстояние.
Квантовый интернет может открыть большие возможности для многочисленных приложений квантовых технологий. Например, это может обеспечить более безопасную связь, более точное дистанционное зондирование и распределенные сети квантовых вычислений. Однако для их создания требуется множество связанных между собой дистанционных модулей. Новая работа — шаг к построению таких сетей, добавляют физики.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Соединение свободных электронов и света с помощью интегрированной фотоники откроет путь к новому классу гибридных квантовых технологий. Результаты исследования публикует Science. Чтобы улучшить квантовые технологии, ученым часто требуются отдельные частицы, такие как фотоны (элементарные частицы света) с особыми свойствами. Но это не так просто, поэтому физики разработали новый метод, который одновременно генерирует две отдельные частицы в виде пары.
Они успешно соединили отдельные свободные электроны и фотоны в электронном микроскопе. В эксперименте Геттингенского университета луч электронного микроскопа проходит через встроенный оптический чип, изготовленный в Швейцарском федеральном технологическом институте в Лозанне.
Чип состоит из оптоволоконной связи и кольцеобразного резонатора, который накапливает свет, удерживая движущиеся по кругу фотоны. Когда электрон рассеивается в изначально пустом резонаторе, генерируется фотон. В процессе электрон теряет ровно столько энергии сколько требуется фотону для создания практически из ничего в резонаторе. В результате две частицы взаимодействуют и соединяются, образуя пару.
Усовершенствованный метод измерения позволил физикам точно определить вовлеченные отдельные частицы и их одновременное проявление.
С парой электрон-фотон физикам нужно измерить только одну частицу, чтобы получить информацию об энергетическом содержании и временном появлении второй. Так исследователи могут использовать одну квантовую частицу в эксперименте и в то же время подтверждать ее присутствие, обнаруживая другую частицу в схеме предвестников. Такая функция изменит квантовые технологии, усовершенствовав их.
Метод изменит электронную микроскопию. В области квантовой оптики запутанные пары фотонов уже улучшают изображения. Теперь такие концепции можно исследовать с помощью электронов.
Источник: https://hightech.fm/

Группа ученых из китайского Научно-технического университета, расположенного в юго-восточной провинции Аньхой, разработала и реализовала новый высокоэффективный метод генерации запутанных фотонов, фундаментального компонента некоторых видов реализации квантовых вычислений и коммуникаций. Применение этого метода позволит ускорить как лабораторные исследования в области квантовых технологий, так и работу существующих технологий, таких, как квантовое шифрование.
Для своей эффективной работы квантовые компьютеры и коммуникационные системы нуждаются в большом количестве запутанных фотонов, частиц света, которые остаются связанными невидимой квантовой связью даже на больших расстояниях и которые используются для телепортации (передачи) информации.
Самым распространенным методом генерации запутанных фотонов является расщепление мощного луча лазерного света внутри специального кристалла с нелинейными оптическими характеристиками. Большая часть фотонов лазерного света беспрепятственно проходит сквозь такой кристалл, и лишь некоторые из них под влиянием процесса спонтанного параметрического преобразования расщепляются на два запутанных фотона, имеющие в два раза меньшую энергию, чем энергия оригинального фотона.
Такой метод малоэффективен и непредсказуем, из десятков миллионов фотонов получается всего лишь одна запутанная пара. Но, создавая свой генератор запутанных фотонов, китайские исследователи пошли по совершенно иному пути.
Сначала, из сотен атомов рубидия ученые сформировали облако конденсата Бозе-Эйнштейна, которое стало вести себя как один большой суператом. Затем, один из атомов конденсата был возбужден при помощи света лазера и он перешел в так называемое состояние Ридберга, названное в честь известного шведского физика 19-го столетия.
Поскольку атом поглотил некоторое количество энергии и стал больше, он начал взаимодействовать с соседними атомами конденсата, смещая их энергетические уровни, что привело к тому, что через некоторое время все атомы стали запутанными на квантовом уровне. Во время этого процесса атомы рубидия, сбрасывая излишки энергии, излучали фотоны. И, как показали результаты экспериментальной проверки, все эти фотоны были запутанными.
В настоящее время исследователям, при помощи суператома Ридберга, удалось добиться эффективности генерации запутанных фотонов на уровне 27 процентов, что существенно выше 16 процентов, максимального значения, полученного при помощи оптического кристалла и процесса спонтанного параметрического преобразования. Более того, согласно теории, эффективность генерации запутанных фотонов суператомом Ридберга при идеальных условиях может добраться до отметки в 100 процентов.
Источник: https://dailytechinfo.org/

Ученые из ИТМО, Австралийского национального и Тель-Авивского университетов экспериментально продемонстрировали новый подход к созданию и управлению перестраиваемых фотонных структур с защищенной топологией. Секрет — в физических свойствах самих резонаторов.
Топологическая фотоника — относительно новое и крайне перспективное направление, которое изучает нетривиальные электромагнитные свойства оптических систем. Основной предмет изучения топологической фотоники — краевые топологические состояния. Они возникают в массиве резонаторов и характеризуются локализацией электромагнитного поля на границе системы.
Особенно интересны топологические состояния благодаря своей защищенности, обусловленной глобальными симметриями: они крайне устойчивы к беспорядку, структурным неоднородностям и дефектам в системе, что делает их весьма перспективными для создания надежных фотонных устройств и технологий на основе фотонных структур.
В настоящее время один из основных векторов развития топологической фотоники ― изучение возможностей управления топологическими состояниями, например, возможность изменять локализацию энергии в структуре, обеспечивать динамический контроль распространения электромагнитных волн и так далее. Пока что подходы и методы только разрабатываются: например, ученые ИТМО недавно продемонстрировали способ динамической перестройки топологических состояний с помощью формы и взаимной ориентации самих частиц.
На этот раз исследователи Нового физтеха Университета ИТМО предложили новый метод управления топологическими состояниями за счет локального термического воздействия на свойства резонансных элементов системы. Он позволяет «включать» и «выключать» эти состояния в нужных областях структуры.
Подход был продемонстрирован в зигзагообразной цепочке резонансных элементов, где возникновение топологических состояний зависит как от четности резонаторов, так и от поляризации падающего излучения.
В качестве резонаторов используются частицы из сегнетоэлектрической керамики — материала, очень чувствительного к изменению температуры — и было логично предположить, что и самой структурой можно управлять, каким-либо образом воздействуя на эти частицы. Например, при нагреве диэлектрическая проницаемость такой керамики значительно уменьшается — и это свойство можно использовать для реконфигурации всей структуры.
Проведенное численное моделирование показало, что при нагреве лазером крайней частицы цепочки ее свойства меняются настолько, что она «выпадает» из системы, в результате чего топологическое состояние, ранее наблюдаемое в системе, «перепрыгивает» либо на соседа, либо на противоположный край. Но проверить экспериментально это никак не удавалось.
«Этим проектом мне предложили заняться год назад — как моей выпускной бакалаврской работой. Мы сделали моделирование, но для постановки эксперимента в таких системах требуется очень высокая точность — нужно настроить резонанс соседних частиц так, чтобы он отличался в пределах одного мегагерца. Но в итоге нам это удалось. Мы провели эксперимент для системы из семи элементов без нагрева и для системы из восьми элементов с нагревом. Нагревая восьмой элемент, мы приводили систему к состоянию семи элементов. Получается, что магнитное поле в крайнем восьмом элементе просто исчезает», — рассказывает первый автор работы Георгий Курганов.
Авторы отмечают, что этот эффект вполне возможно масштабировать на оптический диапазон (сейчас эксперимент проводился на микроволновом уровне), а также попробовать добиться того же в трехмерных структурах. Также в планах ученых — проверить, возможно ли сделать перестроение более плавным, многоступенчатым. Это может открыть перспективы для создания устройств памяти нового поколения, например, на основе материалов с фазовой памятью.
«Предлагаемый подход открывает широкие возможности для реализации управляемых с помощью температуры фотонных топологических систем. В будущем эта концепция может найти применение в устройствах фотонной логики и устройствах памяти», ― отметил один из авторов исследования, научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Дмитрий Жирихин.
Статья: Georgiy Kurganov, Dmitry Dobrykh, Ekaterina Puhtina, Ildar Yusupov, Alexey Slobozhanyuk, Yuri S. Kivshar, Dmitry Zhirihin. Temperature Control of Electromagnetic Topological Edge States, Applied Physics Letters, 2022.
К началу
Журналист - Екатерина Шевырёва

Источник: https://news.itmo.ru

Оптический пинцет — это система, в которой используется сфокусированный лазерный свет, оказывающий физическое воздействие на контролируемый объект, который, за счет этого, можно передвигать и удерживать в определенной точке пространства. Подобный подход вполне можно использовать и по отношению к отдельным атомам, что может стать весьма полезным для области квантовых вычислений и коммуникаций. Но вот беда — даже при условии манипулирования крошечными атомами, устройства оптического пинцета являются весьма дорогостоящими и громоздкими, в них обычно используются оптические компоненты и линзы, диаметр которых исчисляется сантиметрами.
История технологий оптического пинцета прошла достаточно долгий путь. Она началась в 1960-х годах, когда ученые поняли, что давление света лазера вполне способно оказывать физическое влияние и служить для захвата крошечных частиц, атомов и даже живых бактерий. Исследования в этом направлении привели к тому, что к 1980-му году на свет появился первый работоспособный оптический пинцет, который принес его создателям Нобелевскую премию по физике в 2018 году.
Однако, как уже упоминалось выше, в большинстве случаев системы оптических пинцетов являются достаточно громоздкими для того, чтобы быть размещенными в вакуумной камере, внутри которой обычно проводятся манипуляции с отдельными атомами. Но ученые из американского Национального Института Стандартов и Технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) разработали новый тип оптического пинцета, который лишен всех недостатков и основой которого является миниатюрная металинза, линза на базе метаповерхности, усеянной миллионами наноразмерных столбиков.
Металинза представляет собой стеклянный квадрат с длиной стороны в 4 миллиметра. На поверхности этого квадрата вытравлены крошечные кремниевые столбики. Высота каждого из столбиков составляет несколько сотен нанометров и они расположены в виде упорядоченной структуры, формирующей плоскую металинзу. Эта металинза способна сфокусировать свет специального лазера в точке пространства, в котором находится облако атомов, и «выхватить» из облака один атом для дальнейшего удержания.
Несмотря на кажущуюся простоту, система работает достаточно сложным образом. Специальный лазер излучает свет в виде своего рода плоской волны, что означает, что свет перемещается как серия плоских листов. Когда такие «плоские» фотоны попадают на металинзу, выполняется их преобразование, фотоны укорачиваются (увеличивается их частота) и рассинхронизируюются заранее заданным образом. В точке фокуса металинзы волны света начинают взаимодействовать и создают область с резким энергетическим перепадом. И если в эту область попадет атом, он будет пойман в оптическую ловушку.
Если осветить металинзу светом нескольких лазеров с разными углами падения, она сформирует сразу несколько оптических ловушек, в которых может быть поймано несколько атомов. Более того, все это может быть устроено прямо внутри вакуумной камеры и не имеет никаких подвижных частей.
Во время демонстрации технологии ученые использовали металинзу для захвата 9 атомов рубидия, каждый из которых удерживался в ловушке на протяжении 10 секунд. Каждый из атомов был отслежен индивидуально, путем освещения из отдельного источника света, что заставило атом флюоресцировать. Это показало второе полезное свойство металинзы, которая может эффективно работать и в обратном направлении, улавливая фотоны флуоресценции атомов и направляя их в сторону фотодетектора.
Используя большее количество источников света и большее количество металинз, можно создать область пространства, в котором удерживаются одновременно сотни и тысячи атомов. А эта область, в свою очередь, может стать, к примеру, устройством памяти квантового компьютера в котором данные обрабатываются и хранятся в виде квантового состояния каждого атома-кубита.
Источник: https://dailytechinfo.org/

Американские физики изготовили кремниевую металинзу для нужд оптических пинцетов и решеток. Созданный образец лишь слегка уступает характеристикам своим традиционным аналогам, но гораздо компактнее их. Кроме того, новый оптический элемент не только фокусирует свет для создания оптической решетки, но и собирает сигнал флуоресценции от нейтральных атомов, пойманных в них, что поможет в будущем миниатюризировать технологию пленения.
Исследование опубликовано в PRX Quantum.
Массивы нейтральных атомов играют важную роль в достижениях современной физики. Их используют для создания квантовых вычислителей и атомных часов, исследования новых эффектов в квантовых газах и даже поатомной сборки ультрахолодных молекул. В то же время растет и количество элементов таблицы Менделеева, с которыми удалось провести пленение.
Несмотря на нулевой заряд нейтральных атомов, их захват все же возможен с помощью сфокусированного лазерного света. В основе пленения лежит зависимость энергии атома от величины поля, в котором он находится. Если с ростом его напряженности энергия падает, это создает потенциальную яму в точке фокуса.
В зависимости от конкретной задачи это могут быть одиночные оптические ловушки (оптические пинцеты) или их упорядоченный массив (оптические решетки). В последнем случае задача усложняется необходимостью пространственно модулировать лазерный луч, фокусируя его отдельные части. Традиционная оптика, основанная на линзах сантиметрового размера, имеет ограничения, мешающие масштабированию и миниатюризации систем на основе плененных нейтральных атомов.
Альтернативой ей могли бы стать метаповерхности и металинзы. Работоспособность этого подхода продемонстрировала группа американских физиков при участии Синди Регал (Cindy Regal) из Объединенного института лабораторной астрофизики (JILA). Они изготовили металинзу, которая фокусирует лазерный свет в пятно, способное пленить нейтральный атом, а также позволяет создавать оптические решетки с помощью нескольких лучей, падающих на нее под различными углами. Оказалось, что созданная металинза способна не только пленять атомы, но и собирать свет, который они излучают.
Принцип, по которому обычные линзы собирают или рассеивают свет, основан на том, что скорость света в среде, из которого линза сделана, меньше, чем в вакууме или воздухе. Из-за этого свет от плоской волны, прошедший через середину собирающей линзы, отстает по фазе от света, прошедшего через его края. Согласно принципу Гюйгенса — Френеля, такая ситуация создает сходящийся волновой фронт, что соответствует фокусировке.
В плоских металинзах используется другой механизм. Они, как правило, состоят из металлических и диэлектрических наноструктур, чьи размеры и свойства меняются в плоскости металинзы. От них, в свою очередь, зависит частота резонанса. Взаимодействие плоского света с разными участками металинзы приводит к различному фазовому сдвигу проходящей волны. Это означает, что за счет правильного расположения наноэлементов, можно конструировать волновые фронты любой сложности, в том числе и сходящиеся.
Авторы изготавливали свою линзу из массивов наностержней из аморфоного кремния с переменной толщиной, уложенными согласно расчетам на стеклянной подложке в квадрат со стороной, равной четырем миллиметрам. Выбор материалов был обусловлен их устойчивостью к сверхвысокому вакууму и высоким температурам. Заданная физиками конструкция металинзы была оптимизирована для длины волны 852 нанометра, что позволяло получать пятно диаметром 0,72 микрометра с фокусным расстоянием, равным трем миллиметрам, и числовой апертурой, равной 0,55. Свет с длиной волны 780 нанометров фокусировался в несколько большее пятно диаметром 1,1 микрометра.
Для того, чтобы проверить, насколько хорошо свет на длине волны 852 нанометра, пропущенный через такую линзу, пленяет атомы, физики фокусировали его на облако холодных атомов рубидия, заключенных в дополнительную магнитооптическую ловушку. После ее выключения в фокусе пучка с вероятностью 52 процента захватывался один атом и удерживался там около 10 секунд.
С помощью акустооптического модулятора исследователи расщепляли пучок света на несколько лучей, падающих на металинзу под слегка отличающимися углами, что создавало в фокальной плоскости оптическую решетку. Ученые визуализировали захваченные атомы, заставляя рубидий флуоресцировать на длине волны 780 нанометров. Оказалось, что изготовленная металинза пригодна также и для сбора этого света, который они впоследствии отфильтровывали и передавали на цифровую камеру, получая изображение атомных массивов.
По оценкам автором созданный ими оптический элемент лишь немного уступает более традиционным аналогам, используемым для фокусировки света в оптических ловушках. Вместе с тем, металинза обладает гораздо большей компактностью и способна собирать сигнал флуоресценции, что выглядит очень перспективным для миниатюризации экспериментов с пойманными нейтральными атомами.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Китайские физики сообщили о том, что им удалось при комнатной температуре переключить состояния сконденсированных экситон-поляритонов с помощью света за время, не превышающее одну пикосекунду. В будущем этот результат может быть использован при разработке оптоэлектронных устройств, работающих на терагерцовых частотах.
Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Полупроводниковая электроника по сей день остается единственной массовой платформой для цифровой вычислительной техники. Количество транзисторов на кристалле, производительность и тактовая частота процессоров росли экспоненциально весь прошлый век, однако в XXI столетии электроника начала достигать своих физических пределов.
В качестве одного из направлений дальнейшего развития ученые рассматривают оптические вычислители, в которых распространение света придет на смену распространению электрического тока. Предполагается, что такие компьютеры будут обладать большей тактовой частотой, а линии передачи данных — более высокой пропускной способностью. Однако массовый переход к чисто фотонной архитектуре невозможен без развития гибридных, электрон-фотонных вычислительных систем.
Перспективными кандидатами для оптоэлектронных приложений выглядят экситонные поляритоны — квазичастицы, с помощью которых описывают постоянное превращение фотона, распространяющегося в полупроводнике, в связанную электрон-дырочную пару. Подробнее об этом типе возбуждения читайте в материале «Квантовые кентавры».
Замечательной особенностью этих квазичастиц стала их малая эффективная масса и целочисленный спин (то есть бозонная статистика), что позволило ученым получить на их основе бозе-эйнштейновский конденсат даже при комнатной температуре. Конденсация экситонных поляритонов сделала среду сильно нелинейной, что остается крайне необходимым условием для создания фотонных микросхем, так как в обычных условиях фотоны не взаимодействуют друг с другом. Не так давно рассказывали, как поляритонный конденсат позволил получить нелинейный отклик при комнатной температуре всего от одного фотона.
Другое «комнатное» свойство сконденсированных экситонных поляритонов — сверхбыстрый отклик — экспериментально реализовала группа китайских физиков под руководством Хуэй Ли (Hui Li) из Восточно-китайского педагогического университета. Они показали, что состояние конденсата, образующегося в резонаторе под действием оптической накачки, может быть разрушено всего за сотни фемтосекунд под действием контролирующего оптического импульса. Такие времена необходимы для достижения терагерцовых тактовых частот.
Для этой цели физики направляли короткие лазерные импульсы с длиной волны 350 нанометров на микростержень из оксида цинка, имеющий сечение в форме шестиугольника с гладкими гранями. Высокое качество образца делало из него резонатор типа шепчущей галереи с радиусом порядка 1,8 микрометра, в то время как шестигранная структура поддерживала несколько шепчущих мод. Энергия фотонов накачки существенно превышала запрещенную зону в оксиде цинка, из-за чего образующиеся непосредственно после облучения поляритоны обладали большой энергией.
Со временем они релаксировали в несколько низкоэнергетических состояний, в которых, начиная с некоторого порога, происходила конденсация. Она проявляла себя в характере фотолюминесценции: сконденсированные экситон-поляритоны излучали яркий свет вдоль направления накачки с энергиями фотонов, равными энергиям поляритонов одной или нескольких нижних ветвей. Вспышка при этом длилась несколько пикосекунд и имела длинный хвост.
Затем ученые стали сопровождать импульс накачки контрольным импульсом с удвоенной длинной волны. Развитая ими теория показала, что в этом случае происходит вынужденное параметрическое рассеяние фотонов на поляритонах, которое приводит к рождению двух дополнительных фотонов с длиной волны 700 нанометров. Поскольку поляритоны находятся в состоянии конденсата, это происходит со всеми квазичастицами в короткий (несколько сотен фемтосекунд) промежуток времени. Другими словами, конденсат практически полностью исчезает, хотя впоследствии частично восстанавливается через 3–4 пикосекунды. Конкретные временные отрезки зависели от интенсивностей импульсов и интервала между ними.
Модель, построенная с помощью численного решения уравнения Гросса — Питаевского, оказалась в хорошем согласии с результатами эксперимента. Она подтвердила механизм образования конденсата, а также его разрушения. Согласно ей конденсат снова частично восстанавливается из-за остаточных высокоэнергетических экситон-поляритонов.
Сами авторы отмечают, что к практическому преимуществу предложенного ими механизма переключения можно отнести низкое энергопотребление. Так, интенсивности накачивающего и контрольного импульсов были равны десятым долям и единицам миллиджоуля на квадратный сантиметр при фокусировке в пятна диаметрами 4 и 16 микрометров, соответственно.
Источник: https://nplus1.ru/

Исследователи из Университета Сассекса разработали технологию, которая позволяет портативным оптическим атомным часам запускаться самостоятельно и оставаться в стабильном состоянии — путем самовосстановления.
Микрогребенки являются фундаментальной частью будущих оптических атомных часов — они позволяют подсчитывать колебания «атомного маятника» в часах, преобразуя атомные колебания с частотой сотни триллионов раз в секунду в миллиард раз в секунду — гигагерцовую частоту, которые современные электронные системы могут легко измерить.
Лучшими кандидатами на создание портативных атомных часов являются микрогребни, основанные на электронных совместимых оптических микрочипах. Они состоят из сверхточных лазерных линий, равномерно расположенных в спектре, которые напоминают гребенку. Такие устройства очень чувствительны к любым внешним воздействиям.
Хорошо работающая микрогребенка использует особый тип волны, называемый резонаторным солитоном, получить который непросто. Подобно двигателю бензинового автомобиля, микрогребень предпочитает оставаться в «выключенном состоянии» и возвращается в него при любых внешних воздействиях.
Исследователи показали, что, используя медленные нелинейности свободно работающего волоконного лазера с микрорезонаторным фильтром, можно превратить резонансное состояние солитона в доминирующую стабильную фазу. Это означает, что при любых внешних воздействиях, система будет самостоятельно автоматически перезапускаться.
По сути, мы создали «вечный двигатель» — вроде того, что используют в сериале «Сквозь снег», если вы его посмотрите, — который всегда возвращается в одно и то же состояние, если что-то нарушает его работу, – Алессия Паскуази, профессор Университета Сассекса и соавтор исследования.
Источник: https://hightech.fm/

Исследователи из Сколтеха, Исландского университета и Саутгемптонского университета показали, как формируется ранее не наблюдавшийся объект из области квантовой физики, представляющий собой кластер оптических вихрей с периодически меняющимися зарядами. Результаты фундаментальных исследований оптических вихрей имеют перспективы практического применения в оптической микроскопии, квантовой криптографии, оптической связи с расширенной полосой пропускания, аналоговых вычислениях.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters и анонсировано на его обложке.
Оптический вихрь – это поток света, фаза которого закручена по спирали вокруг оси распространения луча. При проецировании на плоскость он имеет вид кольца с интенсивностью, равной нулю в центре. Вихрь характеризуется так называемым топологическим зарядом, то есть числом, обозначающим “скорость” и направление его вращения.
Как сообщают авторы исследования, им удалось обнаружить четыре вихря в виде кластера и пронаблюдать периодические изменения их зарядов с интервалом в одну пятую наносекунды. Если кластеры и решетки из оптических вихрей удавалось наблюдать и ранее, то о таких быстрых изменениях зарядов сообщается впервые.
Перспективы использования оптических вихрей
Оптические вихри открывают уникальные возможности для расширения полосы пропускания в волоконно-оптических линиях связи. Известно, что количество каналов связи, которые можно «упаковать» в оптическое волокно, ограничено, а значит, ограничена и его пропускная способность. Однако, если два вихря (при одинаковой длине волны света) различаются по заряду, то они оба могут занимать один канал, не взаимодействуя друг с другом. Такая технология уплотнения каналов связи называется мультиплексированием.
Еще одно перспективное применение оптических вихрей − оптический пинцет, представляющий собой лазерный луч для удержания или перемещения микроскопических объектов, например, атомов, наночастиц и даже живых клеток. Эта технология начала применяться еще в 80-х годах прошлого века, но ее можно усовершенствовать с помощью оптических вихрей, которые позволят захватывать объект и вращать его за счет того, что вихрь обладает определенным зарядом.
Получение оптического вихревого кластера с периодическим изменением заряда
Экспериментальная часть исследований проводилась в Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха под руководством вице-президента Сколтеха по фотонике, профессора Павлоса Лагудакиса.
В экспериментах вихри создавались в экситон-поляритонном конденсате в полупроводниковом микрорезонаторе. Такая система состоит из двух близко расположенных друг к другу зеркал с высоким коэффициентом отражения, между которыми находятся квантовые ямы. Это обеспечивает локализацию света и т.н. сильную связь фотонов с полупроводниковой средой, что в свою очередь приводит к формированию поляритонов – квазичастиц, представляющих собой связанные состояния электронов и дырок в полупроводнике, а также фотонов внутри микрорезонатора.
«Сложность состояла в том, чтобы удостовериться, что ориентация зарядов вихрей носит случайный характер, чтобы в итоге система сама организовалась в упорядоченный кластер. Поэтому просто встроить в нашу систему вихревую решетку при помощи лазера мы не могли – в результате мы получили бы вихри с заранее определенными зарядами, а спонтанность процесса полностью исчезла бы», − рассказывает первый автор статьи, аспирант Сколтеха Кирилл Ситник.
«Для возбуждения поляритонов мы использовали лазерное излучение. Когда мощность возбуждения достигала критических значений, часть поляритонов локализовалась внутри оптически индуцированной ловушки. Таким образом, поляритонный конденсат находился в суперпозиции макроскопических квантованных состояний с периодическими колебаниями зарядов вихрей», − комментирует руководитель исследования, профессор Павлос Лагудакис.
Исследование проводилось при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, проект №20–32–90128. В состав исследовательской группы помимо Кирилла Ситника и Павлоса Лагудакиса вошли научные сотрудники Сколтеха Сергей Аляткин и Тамсин Куксон, аспирант Сколтеха Иван Гнусов и научный сотрудник Исландского университета и Саутгемптонского университета Хельги Сигурдссон.
Источник: https://scientificrussia.ru/

Сотрудники научной лаборатории волоконных технологий и фотоники Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) разработали и изготовили инфракрасные оптические волокна с уникальными свойствами. Волокна нетоксичны и, как показали исследования, сохраняют свои выдающиеся свойства при обработке ионизирующим бета-излучением дозами до 1 МГр.
Статью с описанием проведенных исследований, свойств и областей применения полученных волокон коллектив ученых опубликовал в журнале Оptical materials.
«Это открывает перспективу применения световодов из полученных волокон в условиях интенсивного ионизирующего излучения. То есть не только в традиционной области оптоэлектроники, но и в лазерной хирургии, эндоскопической и диагностической медицине, при определении составов опасных отходов атомной промышленности, в космосе», — перечисляет главный научный сотрудник лаборатории, профессор кафедры физической и коллоидной химии УрФУ Лия Жукова.
Поскольку волокна способны принимать и передавать излучение космических объектов, их можно встраивать в инфракрасные космические телескопы, заменяя массивные зеркала и линзы. Срок службы волокон будет дольше, чем жизненный цикл самих телескопов, утверждают разработчики.
Волокна высокопродуктивны и в неопасной для человека терагерцовой области излучения (между областью среднего и дальнего инфракрасного излучения, с одной стороны, и микроволнового — с другой). Это значит, что световоды из волокон пригодны для создания оборудования, которое сможет стать безопасной заменой магнитно-резонансной томографии и рентгенографии — в медицине или в процессе предпосадочного сканирования пассажиров и их багажа. При этом не придется прибегать к громоздким и дорогостоящим металлодетекторам, а пассажиры даже не почувствуют, что проходят досмотр.
Волокна созданы на основе кристаллов системы AgBr–AgI (бромид серебра и анионы йода). На первом этапе разработок, используя экологически чистый, безотходный и энергосберегающий метод, разработанный Лией Жуковой, химики УрФУ синтезировали шихту практически стопроцентной чистоты и впервые в мире вырастили из нее монокристаллы бромида и йодида серебра.
«Выращенные кристаллы отличаются чрезвычайно высокой прозрачностью, пластичностью, а также фотостабильностью и негигроскопичностью — способностью сохранять свои свойства под воздействием света, не взаимодействуя с влагой», — поясняет младший научный сотрудник лаборатории волоконных технологий и фотоники УрФУ Анастасия Южакова.
С помощью компьютерного моделирования коллеги определили оптимальные условия изготовления из монокристаллов однородных инфракрасных оптических волокон с уникальными характеристиками. Компьютерное моделирование подтвердилось экспериментальными данными. Ученые успешно получили волокна с помощью авторской технологии и оборудования, цилиндрических заготовок с улучшенными оптическими и механическими свойствами.
«На основе монокристаллов системы AgBr–AgI мы создали оптические волокна с самым широким на сегодня инфракрасным диапазоном пропускания — от 3 до 25 мкм. При этом прозрачность волокон достигает 70–75%, что соответствует теоретически возможным значениям для кристаллов системы AgBr–AgI. В то же время оптические потери волокон достигают предельно низких значений», — описывает Анастасия Южакова.
Hазработка волокон и создание новых функциональных материалов — одно из научно-исследовательских направлений в УрФУ, поддержанных в рамках госпрограммы «Приоритет-2030» по направлению «Функциональные неорганические, гибридные материалы и технологии детекторной техники и фотоники».
Исследование проводится под кураторством Лии Жуковой и ведущего специалиста лаборатории, профессора кафедры физической и коллоидной химии Александра Корсакова. Работа поддержана грантом РНФ (проект №21–73–10108, руководитель — научный сотрудник лаборатории Дмитрий Салимгареев).
Источник: https://scientificrussia.ru/

Учёные Сибирского федерального университета в составе международного научного коллектива провели экспериментальные исследования гибридных таммовских плазмон-поляритонов. Таммовский плазмон-поляритон – это локализованное («пойманное») состояние света, возникающее на границе между тонким слоем металла и распределенным брэгговским отражателем. Это состояние было впервые продемонстрировано экспериментально более 10 лет назад.
Благодаря включению в изготовленную структуру слоя жидкого кристалла (ЖК) исследователи СФУ смогли управлять длиной волны этих мод – управление достигалось благодаря воздействию на слой ЖК электрического поля или при изменении его температуры.
Результаты работы опубликованы в журнале Applied Physics Letters.
В повседневной жизни мы сталкиваемся с зеркалами, которые представляют собой металлическую пленку, покрытую защитным слоем. Однако существуют ещё так называемые диэлектрические зеркала, состоящие из чередующихся тонких слоев различных диэлектрических материалов – такие материалы относительно плохо проводят электрический ток. Подобные структуры часто называют одномерными фотонными кристаллами. Отличительной особенностью диэлектрических зеркал является то, что они могут отражать практически весь падающий свет, в то время как в привычных для нас металлических зеркалах поглощается и рассеивается более 10% световой энергии, согласно ГОСТу.
Если сложить вместе металлическую пленку и диэлектрическое зеркало, то на границе раздела между зеркалами свет запирается, иными словами – образуется локализованная мода, называемая таммовским плазмон-поляритоном.
«Своё название эта локализованная мода получила в честь физика, Нобелевского лауреата Игоря Тамма, который предсказал существование подобного локализованного состояния для волн электронов на границе обычного полупроводникового кристалла ещё в 1932 году. Благодаря аналогии между поведением электронных волн в обычных кристаллах и световых волн в фотонных кристаллах, такая световая мода была найдена уже в начале 21 века», – объяснил научный сотрудник лаборатории нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии СФУ Павел Панкин.
С практической точки зрения таммовский плазмон-поляритон может использоваться во многих практических приложениях, таких как сенсоры, поглотители нового типа, лазеры и др. Важной задачей для учёных является возможность управления длиной волны света, на которой возбуждается данная мода. Длина волны света определяет его цвет (длинные световые волны – красного цвета, а короткие – фиолетового), т.е. фактически идет речь об «управлении цветом» таммовского плазмон-поляритона.
Чтобы выполнить эту задачу, можно изготовить новую структуру с другими характеристиками и толщинами слоев. Однако перестройка длины волны таммовского плазмон-поляритона в уже имеющейся структуре – более интересная задача. Для её достижения авторы исследования добавили к изготовленной структуре дополнительный слой жидкого кристалла. В такой системе таммовский плазмон-поляритон взаимодействовал с модами света, находящимися в слое ЖК, что приводило к образованию гибридных мод. Теперь, при внешнем воздействии на жидкий кристалл, можно было «управлять цветом» гибридных таммовских плазмон-поляритонов.
«Жидкие кристаллы – это уникальные материалы, свойства которых могут изменяться относительно слабыми внешними воздействиями, например, благодаря напряжению в несколько вольт или варьированию их температуры. Эти воздействия и были использованы в наших экспериментах для управления длиной волны гибридного таммовского плазмон-поляритона», – поделился старший научный сотрудник лаборатории нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии СФУ Виталий Сутормин.
Авторы работы считают, что полученные в работе результаты расширяют возможности применения таммовских плазмон-поляритонов в современных устройствах фотоники.
В состав научного коллектива помимо учёных СФУ вошли сотрудники Института физики им. Л. В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН, АО НПП «Радиосвязь», Сибирского государственного университета науки и технологий им. М.Ф. Решетнева и Национального университета Ян Мин Чао Тун (Тайвань).
Источник: https://indicator.ru/

Страница 1 из 15

© 2022 Лазерная ассоциация

Tout sur Kamagra ici https://www.kamelef.com/kamagra-ou-viagra.html.

Поиск