Janela de transparência aparece em um conjunto de íons – Physics World

Físicos nos Estados Unidos descobriram um “interruptor” baseado em laser que torna uma amostra de íons completamente transparente em certas frequências. Trabalhando no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), a equipe descobriu que quando acoplou íons de itérbio (Yb³⁺) a um ressonador nanofotônico e os excitou fortemente com luz laser, os íons pararam abruptamente de refletir a luz nas frequências associadas às suas vibrações. Esse efeito, que a equipe chama de “transparência induzida coletivamente”, pode ter aplicações em dispositivos óticos quânticos.

“Descobrimos o fenômeno enquanto tentávamos desenvolver técnicas para controlar átomos de itérbio acoplados a uma cavidade óptica usando luz laser”, co-líder da equipe Andrei Faraon conta Mundo da física. A cavidade, que mede 20 mícrons de diâmetro, contém cerca de um milhão de Yb³⁺ íons. Como um grupo, esses íons vibram em uma ampla distribuição de frequências, mas Faraon explica que cada íon individual vibra apenas dentro de uma faixa de frequência muito estreita.

“Quando sondado com um laser de menor potência, o sistema fica opaco”, continua. “Quando o laser é sintonizado em uma frequência exatamente no meio da distribuição de frequência, no entanto, e sua potência é aumentada, o sistema se torna transparente.”

Semelhante a interferência destrutiva

Esse efeito de transparência seletiva está relacionado à forma como os íons oscilam em relação ao laser, diz Faraon. Ele o compara ao conhecido fenômeno da interferência destrutiva, no qual as ondas de duas ou mais fontes se anulam. No sistema estudado neste trabalho, os grupos de íons absorvem e reemitem luz continuamente. Normalmente, esse processo de reemissão significa que a luz do laser é refletida. Na frequência de transparência induzida coletivamente, no entanto, algo muito diferente acontece: a luz reemitida de cada um dos íons em um grupo se equilibra, levando a uma diminuição dramática na reflexão.

Cavidade atômica vê o mesmo fóton duas vezes

Além da transparência induzida coletivamente, Faraon e seus colegas também observaram que o conjunto de íons pode absorver e emitir luz muito mais rápido ou mais devagar do que um único íon, dependendo da intensidade do laser. Esses processos são conhecidos como superradiância e subradiância, respectivamente, e não são bem compreendidos. Mesmo assim, os pesquisadores dizem que esse padrão de emissão óptica altamente não linear pode ser explorado para criar tecnologias ópticas quânticas mais eficientes. Os exemplos podem incluir memórias quânticas nas quais as informações são armazenadas em um conjunto de íons fortemente acoplados, bem como lasers superradiantes de estado sólido para interconexões quânticas baseadas em conjunto em processadores de informações quânticas.

A pesquisa é descrita em Natureza.

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