Ученые из Университета Западной Австралии, возглавили разработку нового датчика для лазера, чтобы с беспрецедентной точностью исследовать недра нейтронных звезд и проверить фундаментальные пределы общей теории относительности.
Научный сотрудник центра UWA, который занимается изучением гравитационных волн (OzGrav-UWA), доктор Аарон Джонс сказал, что международная команда экспертов разработала новый метод измерения структур света, который называется собственные моды.
Детекторы гравитационных волн, такие как LIGO, Virgo и KAGRA, накапливают огромное количество оптической мощности и используют несколько пар зеркал, чтобы увеличить количества лазерного света. Но эти пары зеркал имеют небольшие искажения, которые рассеивают свет, поэтому форма лазерного луча перестает быть идеальной. В результате это вызывает избыточный шум в детекторе, ограничивает чувствительность и переводит детектор в автономный режим.
Авторы новой работы заявили, что у них возникла идея использовать метаповерхность — ультратонкую поверхность со специальным рисунком, закодированным в субволновом диапазоне.
Экспериментальная установка, разработанная командой, была более чем в тысячу раз чувствительнее, чем оригинальное устройство, созданное экспертами в области телекоммуникаций. И теперь исследователи будут стремиться использовать свои достижения, чтобы улучшить работы детекторов гравитационных волн.
Главный исследователь OzGrav-UWA доцент Чуннонг Чжао заявил, что эта разработка улучшит поиск и анализ информации, которую переносят гравитационные волны. А это позволит наблюдать Вселенную по-новому.
Источник: https://hightech.fm/

Дифракционные солнечные паруса сделают полеты в труднодоступные места, такие как орбиты над полюсами Солнца, реальностью. Новая концепция солнечного паруса, выбранная НАСА для разработки демонстрационной миссии, изменит науку, уверяют в агентстве.
Проект Diffractive Solar Sailing (солнечный дифракционный парус) был выбран для исследования фазы III в рамках программы НАСА Innovative Advanced Concepts (NIAC). Институт передовых концепций НАСА — это программа агентства для разработки далеко идущих, долгосрочных передовых концепций. Фаза III направлена на стратегический переход концепций NIAC с наибольшим потенциальным воздействием не только для использования НАСА, но и другими правительственными учреждениями или коммерческими партнерами.
Подобно парусной лодке, использующей ветер для пересечения океана, солнечные паруса используют давление солнечного света, чтобы продвигать корабль через пространство. Существующие конструкции отражающих солнечных парусов, как правило, очень большие и тонкие. Кроме того, они ограничены направлением солнечного света, что приводит к компромиссу между мощностью и навигацией.
В отличие от них, дифракционные световые паруса будут использовать небольшие решетки, встроенные в тонкие пленки. Они используют свойство света, известное как дифракция. Оно заставляет свет распространяться, когда он проходит через узкое отверстие. Это позволит космическому кораблю более эффективно использовать солнечный свет без ущерба для маневренности.
Исследовательская группа получит $2 млн в течение двух лет для продолжения разработки технологий в рамках подготовки к потенциальной будущей демонстрационной миссии. Проект возглавляет Эмбер Дубилл из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд.
Работа в рамках фазы III позволит оптимизировать материал паруса и провести наземные испытания в поддержку этой концептуальной миссии. Орбиты, проходящие над северным и южным полюсами Солнца, трудно достичь с помощью обычных двигателей. Легкие дифракционные паруса, приводимые в движение постоянным давлением солнечного света, могут вывести созвездие научных космических аппаратов на орбиту вокруг полюсов звезды. В итоге это углубит наше понимание Солнца и улучшит возможности прогнозирования космической погоды.
Источник: https://hightech.fm/

Лазерный импульс, который нарушает симметрию световых волн, может манипулировать квантовой информацией.
По словам исследователей, это открытие приближает человечество к квантовым вычислениям при комнатной температуре.
Квантовые вычисления могут решить проблемы, для которых нужно одновременно изучить множество переменных. В частности, это поможет при поиске лекарств, прогнозировании погоды и шифровании информации.
Обычные компьютерные биты кодируют либо 1, либо 0, но квантовые биты, или кубиты, могут быть и 0 и 1 одновременно. По сути, это позволяет квантовым компьютерам работать с несколькими сценариями одновременно, а не исследовать их один за другим. Однако эти смешанные состояния длятся недолго, поэтому обработка информации должна быть быстрее, чем то, что сегодня могут обеспечить электронные схемы.
Лазерные импульсы можно использовать, чтобы манипулировать энергетическими состояниями кубитов. Так можно получить различные способы вычислений, если носители заряда, используемые для кодирования квантовой информации, могут перемещаться — в том числе при комнатной температуре.
Терагерцовый свет, который находится между инфракрасным и микроволновым излучением, колеблется достаточно быстро, чтобы сделать вычисления быстрыми. Но есть проблема, связанная с самими волнами. А именно, электромагнитные волны должны производить колебания, которые являются как положительными, так и отрицательными, которые в сумме равны нулю.
Положительный цикл может перемещать носители заряда, такие как электроны. Но отрицательный цикл возвращает заряды туда, откуда они появились. Чтобы надежно управлять квантовой информацией, нужна асимметричная световая волна.
Поскольку волны, которые являются только положительными или только отрицательными, физически нельзя получить, международная команда придумала способ решить вопрос иначе.
Они создали эффективно однополярную волну с очень резким высокоамплитудным положительным пиком, который окружен двумя длинными низкоамплитудными отрицательными пиками. Это делает положительный пик достаточно сильным, чтобы перемещать носители заряда, в то время как отрицательные пики слишком малы, чтобы обернуть эффект вспять.
Дальше команда планирует использовать эти импульсы для манипулирования электронами в квантовых материалах комнатной температуры, чтобы исследовать механизмы квантовой обработки информации. Импульсы также можно использовать для сверхбыстрой обработки обычной информации.
Источник: https://hightech.fm/

Ученые рассчитали, что для повышения эффективности и чувствительности диэлектрических сенсорных устройств до максимальных значений необходимо изменить структуру чувствительного элемента детектора. В будущем такие сенсоры могут применяться в медицине для обнаружения малых концентраций белков и лекарств.
Результаты исследования опубликованы в журнале Physical review A.
Оптические сенсоры, основанные на взаимодействии света и вещества на наноуровне, могут оказаться перспективными для медицинских приложений, например, для определения предельно малых концентраций белков, метаболитов и лекарственных препаратов. Одним из основных недостатков существующих прототипов таких сенсоров является недостаточная чувствительность.
Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», СФУ и ИТМО предложили способ повышения чувствительности диэлектрического сенсора показателя преломления до максимальных значений. Для этого исследователи предложили изменить структуру чувствительного элемента сенсора, представляющего собой наноструктурированную дифракционную решетку.
Диэлектрический сенсор работает на основе изменения оптических свойств чувствительного элемента и оценивает диэлектрическую проницаемость среды. Представим, что у нас есть жидкость, в которой находится детектируемое вещество. Жидкость протекает через сенсор, и, когда находящееся в ней вещество попадает на чувствительный элемент детектора, она изменяет его оптические свойства. Наличие в жидкости того или иного вещества обнаруживается по смещению спектральных линий.
Ученые провели расчеты и предложили метод оптимизации конструкции сенсора для получения максимальных значений чувствительности диэлектрического датчика. Для высокой чувствительности сенсора необходимо, чтобы детектируемое вещество хорошо попадало в рабочую область сенсора. Если этого не произойдет, то оптические свойства системы не будут изменяться. В качестве чувствительного элемента сенсора используется диэлектрическая дифракционная решетка. При попадании на нее жидкости с веществом происходит изменение показателя преломления, спектральных характеристик и, следовательно, оптического сигнала сенсора.
Исследователи предложили изменить геометрию дифракционной решетки для наилучшего перекрытия электромагнитного поля оптического резонанса с исследуемой жидкостью и продемонстрировали достижение верхнего теоретического предела чувствительности. Исследователи показали, что максимальная чувствительность может быть достигнута независимо от диэлектрика, из которого состоит система.
«Оптические диэлектрические сенсоры — это достаточно новая технология. Мы рассмотрели чувствительность сенсора и предложили путь для достижения максимальной эффективности. Если мы меняем параметр нашей системы, а именно геометрию дифракционной решетки, то добиваемся того, что оптическое поле лучше проходит через искомое вещество. Чем глубже оно туда проникает, тем сенсор становится более чувствительным к изменению оптических свойств. Наиболее примечательной особенностью является то, что максимальная чувствительность может быть достигнута независимо от материала решетки. Эта особенность дает свободу выбора диэлектрика, используемого в изготовлении сенсора. Все, что необходимо для достижения максимальной чувствительности, — изменить геометрические параметры решетки, такие как глубина и период. Важной особенностью также является то, что датчики можно настроить на любую желаемую длину волны», — рассказал Дмитрий Максимов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН.
Исследование поддержано Министерством науки и высшего образования Российской Федерации (проект № ФСРЗ-2020–0008), Российским фондом фундаментальных исследований, Российским научным фондом (21–72–30018), Правительством Красноярского края и Красноярским краевым фондом науки (грант № 20–42–240003).
Источник: https://scientificrussia.ru/

Японские физики напрямую увидели биения, возникающие при совпадении частот и волновых векторов сильно связанных магнонных и фононных мод. С помощью магнито-оптической микроскопии они узнали, что превращения магнонов в фононы и обратно в лютеций-железном гранате происходят за десятки наносекунд.
Исследование опубликовано в Communications Physics.
Если наложить два периодических колебания со слегка отличающимися частотами, то результатом станут биения. Это такие колебания, амплитуда которых медленно убывает и возрастает с частотой, равной полуразности исходных частот. Их можно наблюдать, если связать два одинаковых маятника. В такой системе колебания пары в фазе и в противофазе (собственные колебания) обладают немного различающимися частотами. Из-за этого при произвольной разности фаз энергия будет периодически перетекать от одного маятника к другому, а колебания каждого маятника по отдельности будут представлять собой биения.
Этот механизм универсален для всех физических систем, в которых можно встретить колебания или волны. Квантовая физика не стала исключением, правда в микромире к волнам добавляется требование когерентности. Примерами таких квантовых колебаний можно считать осцилляции Раби и даже нейтринные осцилляции, то есть превращения нейтрино разных типов друг в друга из-за разницы их масс.
Складываться могут не только волновые функции и моды одного типа возбуждений, но и совершенно различные по своей природе колебания. Физики часто называют этот процесс гибридизацией, а результат их сложения — гибридными модами. Самый распространенный пример такой гибридизации — это поляритоны, то есть квазичастицы, соответствующие связи света с какими-либо возбуждениями в среде: звуком, зарядовыми волнами (плазмонами), экситонами и так далее.
Но связываться может не только свет. Физики знают, что на это способны еще волны колебаний решетки (фононы) и спиновые волны (магноны). Такие гибридные квазичастицы получили название магнонных поляронов. Сейчас их довольно активно исследуют, например, стало известно, что время их жизни может быть много больше, чем у чистых магнонов. Тем не менее, никто еще явно не наблюдал фонон-магнонных биений, то есть периодической перекачки энергии из одного типа возбуждения в другой.
Это удалось сделать группе японских физиков под руководством Эйдзи Сайто (Eiji Saitoh) из университета Тохоку. Для этого они возбуждали в пленке лютеций-железного граната Lu2Bi1Fe3,4Ga1,6O12, известного своим сильным магнито-оптическим эффектом и долгоживущей намагниченностью, спиновые волны с помощью лазерного импульса.
Наблюдая за магнонами с помощью магнито-оптического микроскопа с временным разрешением, они убедились, что энергия спиновых волн периодически переходит именно в фононные возбуждения.
Импульсы накачки имели длину волны 800 нанометров, длительность 100 фемтосекунд и среднюю энергию равную одному микроджоулю. Они были сфокусированы на пленку толщиной 1,8 микрометров, находящейся в слабом магнитном поле, в виде вертикальной линии. Через некоторое варьируемое время физики направляли на образец зондирующие импульсы с длиной волны 630 нанометров, длительностью 100 фемтосекунд и энергией 50 наноджоулей. Они измеряли пространственное распределение угла, на который повернулась плоскость поляризации зондирующего луча под действием эффекта Фарадея. Это вращение в каждой точке образца характеризует локальную амплитуду прецессии намагниченности, спроецированную вдоль направления распространения зондирующего импульса. Меняя задержку между импульсами, авторы имели возможность наблюдать распространение магнонных возбуждений в динамике.
Изображения, получаемые в каждый момент времени, отражали сложный волновой характер намагниченности. Чтобы разобраться в нем, физики делали пространственное Фурье-преобразование снимков. На получавшихся спектрах выделялись два ярких пятна, соответствующих волновым векторам продольной и поперечной ветвей акустических фононов.
Временная развертка позволила выявить зависимость этих компонент от времени. Для случая, когда магнитное поле было сонаправлено распространению волны, физики увидели характерные биения для величины волнового вектора, соответствовавшего поперечным фононам. При этом амплитуда второго пятна затухала практически монотонно.
Такое поведение согласуется с теорией магнон-фононного взаимодействия. Согласно ей же биения должны исчезнуть в обоих случаях, если магнитное поле будет ориентированно перпендикулярно волновому вектору, что также увидели авторы.
Вычисление временного Фурье преобразования позволило авторам вычислить частотные компоненты и построить дисперсионные соотношения магнонных поляронов. В них явно прослеживалось избегание пересечения дисперсионных кривых, характерное для гибридизации мод. Сравнение теории и эксперимента позволило измерить параметры магнон-фононной связи, а именно силу связи и времена жизни соответствующих возбуждений.
В проведенном эксперименте превращение магнонов в фононы происходило при равных или близких частотах. Тем не менее, такое возможно и тогда, когда частоты отличаются. Недавно российские и нидерландские физики показали, что для этого разницу резонансов можно восполнить терагерцовым излучением.
Источник: https://nplus1.ru/

Этот эксперимент — не просто предновогоднее развлечение. Ученые исследовали взаимодействие лазера с высокой интенсивностью излучения с объектом, обладающим наноструктурой. Их интересовало, в частности, поведение электронов в подобной структуре.
Группа ученых из шведского Технологического университета Чалмерса, в состав которой входит и российский ученый Аркадий Гоносков (Arkady Gonoskov) из Института прикладной физики РАН, создала компьютерную модель золотой наноскопической елочки, которая зажигается, когда через нее проходит лазерный луч. Об этом они рассказали в Известиях Корнелльского университета.
Когда свет вступает в контакт со свободными электронами металлов, то на поверхности этих металлов возникают своеобразные волны — плазмоны.
В последнее время плазмоны привлекли внимание многих исследователей. Портал Научная Россия уже писал о получении принципиально нового пучка света, который распространяется, не расходясь в стороны, оставаясь сфокусированным и управляемым, полученном с помощью плазмонов, а также о том, как сингапурские ученые с помощью плазмонов достигли максимально возможного разрешения цветной печати.
Теперь же оказалось, что золотая елочка, украшенная стеклянными шарами и стеклянной звездой, может показать новый способ использования энергии. Когда свет лазера проходит через елочку, то возникают сильные градиенты напряженности электронного поля, из-за которых сама елочка и особенно игрушки на ней начинают светиться.
Источник: https://scientificrussia.ru/

Исследователи выгравировали наноструктуры на поверхности тонкого листа алмаза, чтобы создать зеркало с высокой отражающей способностью. Во время эксперимента поверхность выдержала воздействие 10-киловаттного лазера.
В своей работе физики из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона использовали метод травления наноразмерных структур в алмазах, разработанный для применения в квантовой оптике и связи. При помощи ионного луча исследователи выпилили на поверхности алмазного листа размером 3 на 3 мм наностолбики, по форме похожие на подставку для мяча в гольфе. Созданная поверхность обеспечивает отражение 98,9% света.
Исследователи протестировали свойства своего зеркала при помощи лазера непрерывного действия мощностью в 10 кВт. Мощности такого устройства достаточно, чтобы прожечь сталь. Во время эксперимента лазерный луч был сфокусирован в пятно размером 750 мк. Поверхность алмаза без повреждений выдержала такое воздействие, зеркало осталось невредимым.
Исследователи отмечают, что большинство зеркал, которые используются для направления луча в мощных лазерах непрерывного действия сейчас, изготавливаются путем наслоения тонких покрытий из материалов с различными оптическими свойствами. Но если в любом из слоев есть хотя бы один крошечный дефект, мощный лазерный луч прожжет его, и все устройство выйдет из строя.
Монолитное зеркало, созданное из одного материала, уменьшает вероятность возникновения дефектов и увеличивает срок службы лазера, объясняют авторы работы.
>Наш подход с зеркалом из одного материала устраняет проблему теплового напряжения, с которой сталкиваются обычные зеркала, образованные слоями из нескольких материалов, при облучении с большой мощностью, – Марко Лонкар, профессор электротехники и один из авторов исследования.
Физики полагают, что предложенный подход повысит эффективность существующих мощных лазеров, а также найдет новые сферы для их применения. Например, такие зеркала можно использовать для производства полупроводников, в промышленности, связи и при исследовании космоса.
Источник: https://hightech.fm/

Научные сотрудники факультета наноэлектроники Университета ИТМО совместно с коллегами из ФИАН, РХТУ им. Д. И. Менделеева и НИЯУ МИФИ провели исследование, в котором выяснили, что нанорешетки обладают высокой спектральной селективностью. Их слои могут использоваться как фильтры для конкретных длин волн, а на одной пластине стекла возможно записать до шести слоев. Благодаря этой технологии ученые реализовали дисперсионные двулучепреломляющие фильтры, которым можно найти разное применение: например, для создания биохимических сенсоров для диагностики протока бактерий или дисплеев дополненной и виртуальной реальности с цветным изображением. Подробнее об исследовании — в материале ITMO.NEWS.
Всё в одном
В течение двух лет ученые проводят исследования по моделированию, разработке и тестированию интегральных оптических элементов для построения волноводного голографического перископа — ключевого элемента очков дополненной и виртуальной реальности нового поколения. Шлемы виртуальной реальности обычно ограничивают обзор пользователей — а «умные» очки дополняют визуальное пространство и выводят дополнительную информацию о предметах и окружающей среде.
Чтобы создать такое устройство, необходимо решить несколько задач, например как передать изображение человеку через стекло очков и сделать картинку цветной. Для этого научные сотрудники ИТМО улучшили лазерно-плазменный метод обработки стекла (ЛИМП). Он позволяет создавать преобразователи лазерных пучков, которые активно применяются в проекте для нанесения структур с субмикронным периодом. Затем с помощью метода прямой лазерной записи были получены объемные периодические структуры внутри стекла с измененным показателем преломления. Следующим этапом будет создание на одной пластине стекла субмикронных дифракционных решеток для решения задач дополненной и виртуальной реальности. Они отвечают за ввод и вывод изображения наблюдателю через дифракционные порядки.
«Наш проект направлен на разработку основ лазерной записи интегральных элементов в оптических материалах. Сейчас в лаборатории набор оптических компонентов (зеркало, источник света, фильтры, преобразователи и многое другое) занимает весь оптический стол. Мы же хотим реализовать компактные интегральные оптические схемы, которые размещаются на ладони пользователя, их также называют chip-scale devices. Например, мы проводим запись светопроводящих и селективно отражающих элементов на единой стеклянной матрице на нескольких уровнях в формате 3D. Такая схема будет компактной и защищенной от внешних воздействий», — прокомментировал Роман Заколдаев, научный сотрудник факультета наноэлектроники, один из авторов работы.
Как шло исследование
Работу над исследованием проводили несколько команд. Первая занималась прямой лазерной записью в оптических материалах. Вторая команда отвечала за измерения морфологии и физических свойств созданных микро- и наноструктур. Третья работала над теоретическим моделированием физических и оптических процессов.
На первом этапе проводились исследования прямой лазерной записи в различных оптических материалах (кварц, многокомпонентные стекла, нанопористые стекла, фторид кальция). К ним относятся образцы, которых применяют для разработки очков или считают перспективными для создания голографических элементов дополненной реальности. Среди таких материалов — нанопористые матрицы, которые разрабатываются и используются в Университете ИТМО. Исследователи применяют их в лазерной записи, чтобы увеличить эффективность фазового набега в периодической объемной структуре с субмикронным периодом.
Далее ученые экспериментировали с разными режимами прямой лазерной записи в объеме кварцевого стекла: изменяли длительность фемтосекундных лазерных импульсов, флюенс и длину волны лазерного излучения. В итоге выяснилось, что параметры структуры, такие как фазовый набег и рассеяние света, влияют на спектральный диапазон получаемых фильтров. Иными словами, исследователям удалось подобрать режимы лазерной записи, при которых формируются структуры с наибольшим значением фазового набега и минимальным рассеянием света.
На пользу физике и биохимии
В результате исследователи определили зависимость фазового набега от режимов лазерной записи в кварцевом стекле. Фазовый набег — это изменение показателя преломления в толще кварцевого стекла из-за формирования периодической структуры в объеме с разными показателями преломления (стекло-воздух). С физической точки зрения эти зоны показывают относительно большой фазовый набег (до 166 градусов) за один слой, что уже почти является полуволновой пластинкой. В перспективе полученные режимы лазерной записи позволят реализовать любой фазовый оптический элемент внутри стекла. Из-за высоких значений фазового набега созданные структуры окрашиваются в цвета двулучепреломления, если их разместить между поляризаторами.
«Многослойная запись позволяет создавать дисперсионные двулучепреломляющие фильтры в заданном спектральном диапазоне. Это уже значимо для разработки компактных сенсоров, отвечающих принципам интегральной оптики с функцией спектрального анализа. На рынке существуют дисперсионные двулучепреломляющие фильтры, но это отдельные оптические элементы. Мы же решили рассмотреть интеграцию таких фильтров на единой пластине стекла. Наша работа носит фундаментальный характер, поэтому мы провели моделирование, и результаты показали, что можно записывать многослойные структуры для работы в видимом спектральном диапазоне», — объясняет один из авторов исследования, научный сотрудник факультета наноэлектроники Алексей Рупасов.
Этот результат исследования можно использовать как элементную базу для обработки излучения в устройствах дополненной реальности, в которых изображение формируется с помощью трех цветовых координат RGB. Дифракционные решетки помогут реализовать ввод и вывод излучения в волноводе для разных длин волны. В перспективе можно создать в одной пластине стекла три вида периодических структур, которые подстроят излучение по длинам волн RGB и сделают изображение цветным.
Также ученые предложили идею и дизайн интегрального биохимического сенсора для диагностики протока бактерий. На рынке уже есть дисперсионные двулучепреломляющие фильтры на каждую длину волны отдельно, но теперь исследования можно проводить с помощью одного устройства в «лаборатории на чипе» — стеклянной подложке, которую освещают поляризованным светом. В ней или снаружи находится микрофлюидный чип, где протекают определенные жидкости с детектируемым веществом, например, в виде бактерий. Каждое такое вещество откликается на конкретный спектральный диапазон и длину волны излучения, также оно может поглотить свет или флуоресцировать. С помощью реакции можно узнать, какие происходят изменения в чипе.
Подробнее об исследовании: Sergey Kudryashov, Pavel Danilov, Alexey Rupasov, Mikhail Smayev, Nikita Smirnov, Vladimir Kesaev, Andrey Putilin, Michael Kovalev, Roman Zakoldaev and Sergey Gonchukov Direct laser writing regimes for bulk inscription of polarization-based spectral microfilters and fabrication of microfluidic bio/chemosensor in bulk fused silica (Laser Physics Letters, 2022).
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-71-10103).
Алёна Мамаева
Источник: https://news.itmo.ru/

 

Исследователи из США начали использовать вторую версию ускорителя заряженных частиц LCLS при рекордно низкой температуре. Это увеличило его эффективность в тысячи раз, что приведет к новым научным открытиям.
Команда охладила ускоритель заряженных частиц до температуры –271 ˚C, при таких условиях он становится сверхпроводящим и может разгонять электроны с почти нулевой потерей энергии. Это один из последних этапов перед тем, как LCLS-II будет производить рентгеновские импульсы, которые в среднем в 10 тыс. раз ярче, чем импульсы LCLS. Это мировой рекорд для самых мощных на сегодняшний день источников рентгеновского излучения.
«Всего за несколько часов LCLS-II произведет больше рентгеновских импульсов, чем предыдущая версия такого же лазера произвела за весь срок службы, — отметил Майк Данн, директор LCLS. — Данные, на сбор которых раньше уходили месяцы, теперь можно получить за считанные минуты. Это выведет науку на новый уровень, проложит путь для совершенно нового спектра исследований и расширит наши возможности по разработке революционных технологий для решения самых серьезных проблем, стоящих перед нашим обществом».
С помощью новых возможностей ученые смогут исследовать детали сложных материалов с беспрецедентным разрешением для создания новых форм вычислительной техники и коммуникаций; выявлять редкие химические явления, чтобы создавать более устойчивые материалы для промышленности и чистой энергии; изучать, как биологические молекулы выполняют жизненные функции для разработки новых видов фармацевтических препаратов; изучить мир квантовой механики, измеряя движения отдельных атомов.
LCLS, первый в мире рентгеновский лазер на свободных электронах (XFEL), начал работать в апреле 2009 года, генерируя рентгеновские импульсы в миллиард раз ярче, чем аналогичные устройства. Он ускоряет электроны при комнатной температуре, что ограничивает его скорость 120 импульсами в секунду. Новая версия ускорителя же работает при рекордно низкой температуре, что в несколько тысяч раз ускоряет его работу. Для достижения этой температуры устройство оснащено двумя гелиевыми криоустановками. Команда SLAC Cryogenics работала над ними в течение трех лет.
«Охлаждение было критически важным процессом, и его нужно было проводить очень осторожно, чтобы не повредить криомодули, — отметил Эндрю Баррилл, глава Дирекции ускорителей SLAC. — Мы рады, что достигли этого рубежа и теперь можем сосредоточиться на работе рентгеновского лазера».
Источник: https://hightech.fm/

Чтобы приблизиться к квантовой технологии, нам нужно разработать неклассические источники света, которые могут излучать один фотон за раз и делать это по запросу. Ученые из EPFL разработали один из таких «излучателей одиночных фотонов», который может работать при комнатной температуре и основан на квантовых точках, выращенных на экономичных кремниевых подложках. Разработка неклассических источников света, которые могут излучать ровно один фотон за раз, является одним из основных требований квантовых технологий. Но хотя первая демонстрация такого «излучателя одиночного фотона», или SPE, относится к 1970-м годам, их низкая надежность и эффективность стояли на пути любого значимого практического использования. Обычные источники света, такие как лампы накаливания или светодиоды, испускают пучки фотонов одновременно. Другими словами, их вероятность испустить один фотон за раз очень мала.
Лазерные источники могут излучать потоки одиночных фотонов, но не по запросу, а это означает, что иногда фотоны вообще не излучаются, когда мы этого хотим. Таким образом, главное преимущество SPE заключается в том, что они могут делать и то, и другое: излучать один фотон и делать это по запросу — или, говоря более технически, их однофотонная чистота, которую они могут поддерживать в сверхбыстрых временных рамках. Таким образом, для того, чтобы источник света мог квалифицироваться как ТФЭ, он должен иметь однофотонную чистоту выше 50%; конечно, чем ближе к 100%, тем ближе мы будем к идеальному СФЭ. Исследователи из EPFL под руководством профессора Николя Гранжана разработали «яркие и чистые» ТФЭ на основе широкозонных полупроводниковых квантовых точек, выращенных на экономичных кремниевых подложках. Квантовые точки изготовлены из нитрида галлия и нитрида алюминия (GaN/AlN) и имеют однофотонную чистоту 95 % при криогенных температурах , а также сохраняют превосходную устойчивость при более высоких температурах с чистотой 83 % при комнатной температуре. ТФЭ также показывает скорость излучения фотонов до 1 МГц при сохранении чистоты одиночных фотонов более 50%.
«Такая яркость вплоть до комнатной температуры возможна из-за уникальных электронных свойств квантовых точек GaN/AlN, которые сохраняют однофотонную чистоту из-за ограниченного спектрального перекрытия с конкурирующими соседними электронными возбуждениями», — говорит Стахурски, доктор философии. . студент, исследовавший эти квантовые системы .
«Очень привлекательной особенностью квантовых точек GaN/AlN является то, что они принадлежат к семейству III-нитридных полупроводников, а именно тому, что стоит за революцией в твердотельном освещении (белые и синие светодиоды), важность которой была признана Нобелевской премией по физике в 2014 году. », — констатируют исследователи. «В настоящее время это второе семейство полупроводников с точки зрения потребительского рынка сразу после кремния, которое доминирует в микроэлектронной промышленности. Таким образом, III-нитриды выигрывают от прочной и зрелой технологической платформы, что делает их потенциально интересными для разработки квантовых приложений.» Важным будущим шагом будет проверка того, может ли эта платформа излучать один фотон и только один за импульс лазера, что является необходимым условием для определения ее эффективности.
«Поскольку наши электронные возбуждения демонстрируют время жизни при комнатной температуре всего от 2 до 3 миллиардных долей секунды, частота одиночных фотонов может достигать нескольких десятков МГц», — заявляют авторы. «В сочетании с резонансным лазерным возбуждением, которое, как известно, значительно улучшает однофотонную чистоту, наша платформа квантовых точек может представлять интерес для реализации распределения квантовых ключей при комнатной температуре на основе истинного SPE, в отличие от существующих коммерческих систем, которые работают с ослабленные лазерные источники». Исследование было опубликовано в журнале Light: Science & Applications.
Источник: https://android-robot.com/

Физики навели наносекундную намагниченность на газ атомов гелия с помощью света. Для этого они использовали комбинацию двух лазерных лучей, один из которых имел кольцевой профиль интенсивности и переносил орбитальный момент. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
За способность взаимодействовать с электрическим полем отвечает главным образом электрический заряд. У него нет магнитного аналога, хотя физики его активно ищут. Вместо этого мерой способности создавать и воспринимать магнитное поле стал магнитный момент. В классической электродинамике магнитным моментом обладает любой замкнутый контур с током. В квантовой механике магнитными моментами могут обладать отдельные атомы, а мера их взаимодействия с магнитным полем определяется сложным балансом между спиновыми и орбитальными квантовыми числами.
То, как взаимодействуют друг с другом магнитные моменты атомов, определяет возможные формы магнитного порядка в веществе, самым сильным из которых стал ферромагнетизм. Физики активно ищут различные способы управления магнитными свойствами сред с возможностью воздействовать на намагниченность локально. Свет был бы отличным инструментом для этого, но его магнитное воздействие на несколько порядков уступает электрическому. Ученые научились использовать лазер косвенно, чтобы влиять на магнетизм материалов, например, нагревая образец или вызывая локальные зарядовые токи. Однако интерес представляют манипуляции на нанометровом масштабе, чего указанные методы не позволяют
Чтобы добиться такого контроля, Йонас Вэтцель (Jonas Wätzel) из Галле-Виттенбергского университета имени Мартина Лютера вместе со своими коллегами из пяти стран применили оптическую технику, похожую на микроскопию на основе истощенного основного состояния, которая позволяет получать изображения с субволновым разрешением. Использовав закрученный свет, авторы навели долгоживущую намагниченность в ансамбле атомов, переведя их в ридберговские состояния.
В качестве среды ученые выбрали газообразный гелий, который они распыляли в камере. В середину облака перпендикулярно струе физики фокусировали два соосных луча. Первый луч, принадлежавший диапазону экстремального ультрафиолета, возбуждал атомы, попавшие в пятно фокуса, в состояние 1s3p. Второй луч был инфракрасным и обладал двумя особенностями. Во-первых, он был закрученным, то есть переносил орбитальный момент, во-вторых, его интенсивность имела провал на оси.
Длина волны второго луча была настроена таким образом, чтобы переводить возбужденные атомы гелия в высоколежащие ридберговские состояния с большим орбитальным моментом. Особое сочетание профилей интенсивности обоих лазеров приводило к тому, что оба типа возбуждения одновременно происходили преимущественно в кольце вокруг оси толщиной несколько сотен нанометров. Разреженность газа и устойчивость ридберговских состояний обеспечили стабильность наведенной светом намагниченности на масштабах наносекунд.
Чтобы доказать наличие намагниченности, физики измеряли спектр фотоэлектронов, неизбежно рождающихся при фотоионизации газа. Если магнитные моменты большого числа атомов выстроены вдоль одного из направлений, то спектр фотоэлектронов должен обладать дихроизмом, то есть чувствительностью к направлению полного орбитального момента инфракрасных фотонов. Измеренные в эксперименте спектры по большей части совпали с теоретическими предсказаниями и подтвердили намагниченность. Некоторые отличия авторы объяснили недипольными взаимодействиями.
Физики использовали атомы гелия из-за простоты их моделирования и экспериментальной работы с ними. Однако тот же самый эффект можно увидеть на любых других атомах, которые способны поддерживать ридберговские состояния. Если осадить такие атомы на магнитоактивные поверхности, предложенный авторами метод позволит изучать их пространственно-временной отклик.
Источник: https://nplus1.ru/

Страница 1 из 12

© 2022 Лазерная ассоциация

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

Поиск