La finestra di trasparenza appare in un insieme di ioni - Physics World

I fisici negli Stati Uniti hanno scoperto un "interruttore" basato su laser che trasforma un campione di ioni completamente trasparente a determinate frequenze. Lavorando presso il California Institute of Technology (Caltech), il team ha scoperto che quando hanno accoppiato gli ioni di itterbio (Yb³⁺) a un risonatore nanofotonico e li ha fortemente eccitati con la luce laser, gli ioni hanno smesso bruscamente di riflettere la luce alle frequenze associate alle loro vibrazioni. Questo effetto, che il team chiama "trasparenza indotta collettivamente", potrebbe avere applicazioni nei dispositivi ottici quantistici.

"Abbiamo scoperto il fenomeno mentre cercavamo di sviluppare tecniche per controllare gli atomi di itterbio accoppiati a una cavità ottica usando la luce laser", ha detto il co-team leader Andrej Faraon dice Mondo della fisica. La cavità, che misura 20 micron di diametro, contiene circa un milione di Yb³⁺ ioni. Come gruppo, questi ioni vibrano a un'ampia distribuzione di frequenze, ma Faraon spiega che ogni singolo ione vibra solo all'interno di un intervallo di frequenze molto ristretto.

"Quando sondato con un laser di potenza inferiore, il sistema è opaco", continua. "Quando il laser è sintonizzato su una frequenza esattamente nel mezzo della distribuzione di frequenza, tuttavia, e la sua potenza aumenta, il sistema diventa trasparente."

Simile all'interferenza distruttiva

Questo effetto di trasparenza selettiva è correlato al modo in cui gli ioni oscillano rispetto al laser, afferma Faraon. Lo paragona al noto fenomeno dell'interferenza distruttiva, in cui le onde provenienti da due o più sorgenti si annullano a vicenda. Nel sistema studiato in questo lavoro, i gruppi di ioni assorbono e riemettono continuamente luce. Normalmente, questo processo di riemissione significa che la luce laser viene riflessa. Alla frequenza di trasparenza indotta collettivamente, tuttavia, accade qualcosa di molto diverso: la luce riemessa da ciascuno degli ioni in un gruppo si bilancia, portando a una drastica diminuzione della riflessione.

La cavità atomica vede lo stesso fotone due volte

Oltre alla trasparenza indotta collettivamente, Faraon e colleghi hanno anche osservato che l'insieme di ioni può assorbire ed emettere luce molto più velocemente o più lentamente di un singolo ione a seconda dell'intensità del laser. Questi processi sono noti rispettivamente come super-radianza e sub-radianza e non sono ben compresi. Anche così, i ricercatori affermano che questo modello di emissione ottica altamente non lineare potrebbe essere sfruttato per creare tecnologie ottiche quantistiche più efficienti. Gli esempi potrebbero includere memorie quantistiche in cui le informazioni sono memorizzate in un insieme di ioni fortemente accoppiati, nonché laser super radianti a stato solido per interconnessioni quantistiche basate su insiemi nei processori di informazioni quantistiche.

La ricerca è descritta in Natura.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/transparency-window-appears-in-an-ensemble-of-ions/