Gjennomsiktighetsvinduet vises i et ensemble av ioner – Physics World

Fysikere i USA har oppdaget en laserbasert "bryter" som gjør en prøve av ioner helt gjennomsiktig ved visse frekvenser. Teamet jobbet ved California Institute of Technology (Caltech), og fant ut at når de koblet ytterbiumioner (Yb)³⁺) til en nanofotonisk resonator og eksiterte dem sterkt med laserlys, sluttet ionene brått å reflektere lys ved frekvenser assosiert med deres vibrasjoner. Denne effekten, som teamet kaller "kollektivt indusert åpenhet", kan ha applikasjoner i kvanteoptiske enheter.

"Vi oppdaget fenomenet mens vi prøvde å utvikle teknikker for å kontrollere ytterbium-atomer koblet til et optisk hulrom ved hjelp av laserlys," medteamleder Andrei Faraon forteller Fysikkens verden. Hulrommet, som måler 20 mikron på tvers, inneholder omtrent en million Yb³⁺ ioner. Som en gruppe vibrerer disse ionene ved en bred fordeling av frekvenser, men Faraon forklarer at hvert enkelt ion bare vibrerer innenfor et veldig smalt frekvensområde.

"Når det undersøkes med en laser med lavere effekt, er systemet ugjennomsiktig," fortsetter han. "Når laseren er innstilt på en frekvens nøyaktig i midten av frekvensfordelingen, og kraften øker, blir systemet gjennomsiktig."

Beslektet med destruktiv interferens

Denne selektive gjennomsiktighetseffekten er relatert til hvordan ionene svinger i forhold til laseren, sier Faraon. Han sammenligner det med det velkjente fenomenet destruktiv interferens, der bølger fra to eller flere kilder opphever hverandre. I systemet som er studert i dette arbeidet, absorberer og gjenutsender iongruppene lys kontinuerlig. Normalt betyr denne re-emisjonsprosessen at laserlys blir reflektert. Ved den kollektivt induserte transparensfrekvensen skjer imidlertid noe helt annet: det re-utsendte lyset fra hver av ionene i en gruppe balanserer, noe som fører til en dramatisk reduksjon i refleksjon.

Atomhulrommet ser det samme fotonet to ganger

I tillegg til kollektivt indusert gjennomsiktighet, observerte Faraon og kolleger også at ensemblet av ioner kan absorbere og avgi lys mye raskere eller langsommere enn et enkelt ion avhengig av intensiteten til laseren. Disse prosessene er kjent som henholdsvis super-utstråling og sub-utstråling, og er ikke godt forstått. Likevel sier forskerne at dette svært ikke-lineære optiske emisjonsmønsteret kan utnyttes til å skape mer effektive kvanteoptiske teknologier. Eksempler kan inkludere kvanteminner der informasjon er lagret i et ensemble av sterkt koblede ioner, samt solid-state super-strålende lasere for ensemblebaserte kvanteforbindelser i kvanteinformasjonsprosessorer.

Forskningen er beskrevet i Natur.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tilgang her.
• Kjøp og selg aksjer i PRE-IPO-selskaper med PREIPO®. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/transparency-window-appears-in-an-ensemble-of-ions/