Kui kaks osakest leviteerivad laserkiire fookuses, peegeldub valgus nende vahel edasi-tagasi, moodustades seisulaineid. Koostoime nende seisvate lainetega põhjustab osakeste isejoondumist nähtuses, mida nimetatakse optiliseks sidumiseks. Nüüd on Viini ülikooli, Austria Teaduste Akadeemia ja Saksamaa Duisburg-Esseni ülikooli teadlastel esimest korda õnnestunud täielikult kontrollida seda seost kahe optiliselt leviteeritud nanoosakese vahel paralleelsetes laserkiirtes. Saavutus annab uue platvormi kollektiivse kvantdünaamika uurimiseks kahe või enama osakesega.
Töös näitasid teadlased, et laserkiire omadusi häälestades said nad kontrollida mitte ainult osakestevahelise interaktsiooni tugevust, vaid ka seda, kas see interaktsioon oli atraktiivne, eemaletõukav või isegi mittevastastikune. "Mittevastastikune tähendab, et üks osake surub teist, kuid teine ei lükka tagasi," selgitab meeskonnaliige. Benjamin Stickler Euroopa Duisburgi-Esseni ülikool. "Kuigi selline käitumine näib rikkuvat Newtoni kolmandat seadust süsteemis, mis näeb välja üsna sümmeetriline, ei riku see seda, sest valgusväli võtab osa hoogu ära."
Koherentne hajumine
Varasemad optiliselt seotud osakeste uuringud ei olnud seda mittevastastikust käitumist kirjeldanud, kuid meeskond väidab, et see tuleneb nähtusest, mida nimetatakse koherentseks hajumiseks. Põhimõtteliselt, kui laservalgus puutub kokku nanoosakesega, polariseerub nanoosake nii, et see järgib valguse elektromagnetlainete võnkumisi.
"Selle tulemusena võngub kogu osakestest hajuv valgus faasis sissetuleva laseriga," selgitab meeskonnaliige. Uros Delic Euroopa Viini ülikool. "Ühest osakesest hajuv valgus võib segada valgust, mis teise osakese kinni püüab. Kui nende valgusväljade vahelist faasi saab häälestada, saab ka osakeste vaheliste jõudude tugevust ja iseloomu.
Selle käitumise leevendamiseks panid meeskonnaliikmed Viinis üles kaks paralleelset optilist pintsetti koos ruumilise valguse modulaatoriga, mis on vedelkristallkuvar, mis võib laserkiirt jagada või kujundada. "Osakesed püütakse algselt üksteise lähedale, et näha, kuidas nad neilt põrkuva valgusega suhtlevad, st kuidas nad optiliselt seostuvad," selgitab Delic. "Viis seda teha on jälgida nende võnkesagedusi, kui me neid lähendame: mida rohkem nad muutuvad, seda tugevam on vastastikmõju."
Tänu Duisburgi kolleegide teoreetilistele arvutustele leidsid teadlased, et koostoimed võivad konkreetses keskkonnas muutuda mittevastastikuseks. Seda leidu kinnitasid vaatlused laboris, kus selgus, et osakeste vaheline interaktsioon oli oodatust keerulisem.
"Radikaalselt uus tööriist"
"Meie katse pakub radikaalselt uut tööriista leviteeritud nanoobjektide vastastikmõjude kontrollimiseks ja uurimiseks," räägivad Delic ja Stickler. Füüsika maailm. "Saavutatud juhtimise ja toimimise tase kvantrežiimis avab palju huvitavaid uurimisvõimalusi, näiteks keeruliste nähtuste uurimine mitmeosakeste süsteemides."
Optilised pintsetid hoiavad nanoosakesi ülivedelikus heeliumis
Teadlaste sõnul püüavad nad nüüd oma tehnikat laiendada, et seda saaks laiendada paljudele leviteeritud nanoosakestele. "Häälestatavad interaktsioonid võimaldavad meil programmeerida osakeste vahelisi ühendusi ja uurida, kuidas nad ühiselt liiguvad ja mustreid moodustavad, " ütlevad Delic ja Stickler.
Käesolev uuring on avaldatud aastal teadus.
