หน้าต่างความโปร่งใสปรากฏขึ้นในกลุ่มของไอออน – โลกฟิสิกส์

หน้าต่างความโปร่งใสปรากฏขึ้นในกลุ่มของไอออน – โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 30 พฤษภาคม 2023 5:00 น

เลเซอร์กระทบอะตอมในช่องแสง
ความโปร่งใสที่เหนี่ยวนำโดยรวม: การมองเห็นของศิลปินเกี่ยวกับอะตอมที่ยิงด้วยเลเซอร์ในช่องแสง (ขอบคุณ: Ella Maru Studio)

นักฟิสิกส์ในสหรัฐอเมริกาได้ค้นพบ "สวิตช์" ที่ใช้เลเซอร์ซึ่งจะเปลี่ยนตัวอย่างไอออนให้โปร่งใสอย่างสมบูรณ์ที่ความถี่หนึ่งๆ การทำงานที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย (Caltech) ทีมงานพบว่าเมื่อรวมอิตเทอร์เบียมไอออน (Yb3+) ไปยังเครื่องสะท้อนเสียงนาโนโฟโตนิกและกระตุ้นพวกมันด้วยแสงเลเซอร์ ไอออนจะหยุดสะท้อนแสงที่ความถี่ที่เกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือนอย่างกะทันหัน เอฟเฟ็กต์นี้ซึ่งทีมงานขนานนามว่า "ทำให้เกิดความโปร่งใสโดยรวม" อาจมีการใช้งานในอุปกรณ์ควอนตัมออปติคัล

“เราค้นพบปรากฏการณ์นี้ในขณะที่พยายามพัฒนาเทคนิคในการควบคุมอะตอมของอิตเทอร์เบียมควบคู่กับโพรงแสงโดยใช้แสงเลเซอร์” หัวหน้าทีมร่วม อังเดร ฟาราออน บอก โลกฟิสิกส์. โพรงที่มีขนาด 20 ไมครอนมีประมาณล้าน Yb3+ ไอออน เมื่อรวมกันเป็นกลุ่ม ไอออนเหล่านี้สั่นด้วยการกระจายความถี่ที่กว้าง แต่ Faraon อธิบายว่าไอออนแต่ละตัวจะสั่นในช่วงความถี่ที่แคบมากเท่านั้น

“เมื่อตรวจสอบด้วยเลเซอร์ที่มีพลังงานต่ำ ระบบจะทึบแสง” เขากล่าวต่อ “เมื่อเลเซอร์ถูกปรับที่ความถี่ตรงกึ่งกลางของการกระจายความถี่ อย่างไรก็ตาม กำลังของเลเซอร์เพิ่มขึ้น ระบบก็จะโปร่งใส”

คล้ายกับการรบกวนแบบทำลายล้าง

เอฟเฟ็กต์ความโปร่งใสแบบเลือกนี้เกี่ยวข้องกับวิธีที่ไอออนสั่นเมื่อเทียบกับเลเซอร์ Faraon กล่าว เขาเปรียบเทียบสิ่งนี้กับปรากฏการณ์ที่รู้จักกันดีของการรบกวนแบบทำลายล้าง ซึ่งคลื่นจากแหล่งกำเนิดตั้งแต่สองแหล่งขึ้นไปหักล้างกันเอง ในระบบที่ศึกษาในงานนี้ กลุ่มของไอออนจะดูดซับและเปล่งแสงออกมาใหม่อย่างต่อเนื่อง โดยปกติแล้ว กระบวนการปล่อยรังสีซ้ำนี้หมายความว่าแสงเลเซอร์จะสะท้อนกลับ อย่างไรก็ตาม ที่ความถี่ความโปร่งใสที่เหนี่ยวนำโดยรวม มีสิ่งที่แตกต่างกันมากเกิดขึ้น: แสงที่เปล่งออกมาอีกครั้งจากไอออนแต่ละตัวในกลุ่มสมดุล ทำให้การสะท้อนลดลงอย่างมาก

Faraon และเพื่อนร่วมงานยังสังเกตด้วยว่ากลุ่มของไอออนสามารถดูดซับและเปล่งแสงได้เร็วหรือช้ากว่าไอออนเดี่ยวมากขึ้นอยู่กับความเข้มของเลเซอร์ กระบวนการเหล่านี้เรียกว่า super-radiance และ sub-radiance ตามลำดับ และยังไม่เข้าใจกันดีนัก ถึงกระนั้น นักวิจัยกล่าวว่ารูปแบบการปล่อยแสงแบบไม่เชิงเส้นสูงนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์เพื่อสร้างเทคโนโลยีออปติกควอนตัมที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ตัวอย่างอาจรวมถึงความทรงจำควอนตัมซึ่งข้อมูลถูกจัดเก็บไว้ในกลุ่มของไอออนคู่อย่างแรง เช่นเดียวกับเลเซอร์โซลิดสเตตซูเปอร์เรเดียนท์สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างกันแบบควอนตัมแบบกลุ่มในโปรเซสเซอร์ข้อมูลควอนตัม

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน ธรรมชาติ.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์