Transparensfönster visas i en ensemble av joner – Physics World

Fysiker i USA har upptäckt en laserbaserad "switch" som gör ett prov av joner helt genomskinligt vid vissa frekvenser. Teamet arbetade vid California Institute of Technology (Caltech) och upptäckte att när de kopplade ytterbiumjoner (Yb)³⁺) till en nanofotonisk resonator och starkt exciterade dem med laserljus, slutade jonerna plötsligt att reflektera ljus vid frekvenser associerade med deras vibrationer. Denna effekt, som teamet kallar "kollektivt inducerad transparens", kan ha tillämpningar i kvantoptiska enheter.

"Vi upptäckte fenomenet när vi försökte utveckla tekniker för att kontrollera ytterbiumatomer kopplade till en optisk kavitet med hjälp av laserljus", säger teamledaren. Andrei Faraon berättar Fysikvärlden. Kaviteten, som mäter 20 mikron i diameter, innehåller ungefär en miljon Yb³⁺ joner. Som en grupp vibrerar dessa joner vid en bred spridning av frekvenser, men Faraon förklarar att varje enskild jon bara vibrerar inom ett mycket smalt frekvensområde.

"När det undersöks med en laser med lägre effekt är systemet ogenomskinligt", fortsätter han. "När lasern ställs in på en frekvens exakt i mitten av frekvensfördelningen, och dess effekt ökar, blir systemet transparent."

Liknar destruktiv störning

Denna selektiva transparenseffekt är relaterad till hur jonerna oscillerar med avseende på lasern, säger Faraon. Han jämför det med det välkända fenomenet destruktiv interferens, där vågor från två eller flera källor tar ut varandra. I det system som studeras i detta arbete absorberar jongrupperna och återutsänder ljus kontinuerligt. Normalt innebär denna återemissionsprocess att laserljus reflekteras. Vid den kollektivt inducerade transparensfrekvensen händer dock något helt annat: det återutsända ljuset från var och en av jonerna i en grupp balanserar, vilket leder till en dramatisk minskning av reflektionen.

Atomkaviteten ser samma foton två gånger

Förutom kollektivt inducerad transparens, observerade Faraon och kollegor också att ensemblen av joner kan absorbera och avge ljus mycket snabbare eller långsammare än en enskild jon beroende på laserns intensitet. Dessa processer är kända som superstrålning respektive understrålning och är inte väl förstådda. Trots det säger forskarna att detta mycket olinjära optiska emissionsmönster skulle kunna utnyttjas för att skapa effektivare kvantoptisk teknik. Exempel kan inkludera kvantminnen där information lagras i en ensemble av starkt kopplade joner, såväl som solid-state super-strålande lasrar för ensemblebaserade kvantsammankopplingar i kvantinformationsprocessorer.

Forskningen beskrivs i Natur.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Minting the Future med Adryenn Ashley. Tillgång här.
• Köp och sälj aktier i PRE-IPO-företag med PREIPO®. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/transparency-window-appears-in-an-ensemble-of-ions/