두 개의 입자가 레이저 빔의 초점에서 공중에 뜨면 빛이 그들 사이에서 앞뒤로 반사되어 정상파를 형성합니다. 이러한 정상파와의 상호 작용으로 인해 입자가 광학 결합으로 알려진 현상에서 자체 정렬됩니다. 이제 처음으로 비엔나 대학, 오스트리아 과학 아카데미 및 독일 뒤스부르크-에센 대학의 연구원들이 평행 레이저 빔에서 광학적으로 부상한 두 나노 입자 사이의 이러한 결합을 완전히 제어하는 데 성공했습니다. 이 업적은 두 개 이상의 입자로 집단 양자 역학을 탐구하기 위한 새로운 플랫폼을 제공합니다.
이 작업에서 연구원들은 레이저 빔의 특성을 조정함으로써 입자 간의 상호 작용 강도뿐만 아니라 이러한 상호 작용이 매력적인지, 반발적인지, 심지어 비가역적인지도 제어할 수 있음을 보여주었습니다. "비상호적이란 한 입자가 다른 입자를 밀고 다른 입자는 밀어내지 않는다는 것을 의미합니다."라고 팀원이 설명합니다. 벤자민 스티클러 의 뒤스부르크-에센 대학교. "이 동작은 매우 대칭적으로 보이는 시스템에서 뉴턴의 제XNUMX법칙을 위반하는 것처럼 보이지만 일부 운동량이 라이트 필드에 의해 옮겨지기 때문에 그렇지 않습니다."
일관된 산란
광학적으로 결합된 입자에 대한 이전 연구에서는 이러한 비가역적 거동을 설명하지 않았지만 팀은 이것이 간섭 산란(coherent scattering)으로 알려진 현상에서 비롯된 것이라고 말합니다. 본질적으로, 레이저 광이 나노입자에 충돌할 때, 나노입자는 편광되어 빛의 전자기파의 진동을 따릅니다.
"결과적으로 입자에서 산란된 모든 빛은 들어오는 레이저와 위상이 일치하여 진동합니다."라고 팀원이 설명합니다. 우로스 델리크 의 비엔나 대학. “한 입자에서 산란된 빛은 다른 입자를 가두는 빛과 간섭할 수 있습니다. 이 빛 필드 사이의 위상이 조정될 수 있다면 입자 사이의 힘의 강도와 특성도 조정될 수 있습니다.”
이 동작을 알아내기 위해 비엔나의 팀원들은 레이저 빔을 분할하거나 모양을 지정할 수 있는 액정 디스플레이인 공간 광 변조기가 있는 두 개의 평행한 광학 핀셋을 설정했습니다. "입자는 처음에 서로 가깝게 갇히게 되어 반사되는 빛을 통해 상호 작용하는 방식, 즉 광학적으로 결합하는 방식을 확인합니다."라고 Delic은 설명합니다. "그렇게 하는 방법은 우리가 그것들을 가까이에 둘 때 진동 주파수가 어떻게 변화하는지 관찰하는 것입니다. 변화가 많을수록 상호 작용이 더 강해집니다."
뒤스부르크에 있는 동료들의 이론적 계산 덕분에 연구원들은 상호 작용이 특정 설정에 대해 상호적이지 않을 수 있음을 발견했습니다. 이 발견은 입자 간의 상호 작용이 예상보다 더 복잡하다는 것이 밝혀진 실험실에서의 관찰에 의해 확인되었습니다.
“완전히 새로운 도구”
"우리의 실험은 공중에 떠 있는 나노 물체 사이의 상호 작용을 제어하고 탐색하기 위한 근본적으로 새로운 도구를 제공합니다."라고 Delic과 Stickler는 말합니다. 물리 세계. "양자 체제에서 달성된 제어 및 작동 수준은 예를 들어 다중 입자 시스템의 복잡한 현상을 연구하는 것과 같이 많은 흥미로운 연구 길을 열어줍니다."
광학 핀셋은 초유체 헬륨에 나노 입자를 고정합니다.
연구원들은 이제 많은 공중 부양 나노 입자로 확장될 수 있도록 기술을 확장하려고 노력할 것이라고 말합니다. "조정 가능한 상호 작용을 통해 입자 간의 연결을 프로그래밍하고 입자가 집합적으로 이동하고 패턴을 형성하는 방법을 탐색할 수 있습니다."라고 Delic과 Stickler는 말합니다.
현재 연구는 과학.
