Φυσικοί δημιούργησαν μια πολύ γρήγορη πηγή φωτός που επιτεύχθηκε με τη χρήση ενός τεχνητού ατόμου

Κβαντικό φως

Όλες οι πηγές φωτός λειτουργούν με απορρόφηση ενέργειας – για παράδειγμα, από ένα ηλεκτρικό ρεύμα – και εκπέμπουν ενέργεια ως φως. Αλλά η ενέργεια μπορεί επίσης να χάνεται ως θερμότητα και, συνεπώς, είναι σημαντικό οι πηγές φωτός να εκπέμπουν το φως όσο το δυνατόν γρηγορότερα, πριν η ενέργεια να χάνεται ως θερμότητα.

Πολύ γρήγορες πηγές φωτός μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παράδειγμα, στα φώτα λέιζερ, στα φώτα LED και πηγές φωτός ενός φωτονίου για την κβαντική τεχνολογία. Μια νέα μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Physical Review Letters, δείχνει ότι οι πηγές φωτός μπορούν να γίνουν πολύ πιο γρήγορες, χρησιμοποιώντας μια αρχή που είχε προβλεφθεί θεωρητικά το 1954.

Οι ερευνητές εργάζονται με κβαντικές τελείες, που είναι ένα είδος τεχνητών ατόμων που μπορούν να ενσωματωθούν σε οπτικά κυκλώματα. Σε μια κβαντική τελεία, ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να διεγερθεί (να «πεταχτεί») για παράδειγμα, όταν πέσει πάνω του φως από ένα λέιζερ αφήνοντας πίσω του μια «τρύπα». Όσο ισχυρότερη είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ του φωτός και της ύλης, τόσο πιο γρήγορα το ηλεκτρόνιο επιστρέφει πίσω στη «τρύπα» με πιο γρήγορη εκπομπή φωτός.

Αλλά η αλληλεπίδραση ανάμεσα στο φως και την ύλη είναι φυσικά πολύ αδύναμη και αυτό κάνει τις πηγές φωτός πολύ αργές με αποτέλεσμα την μείωση της ενεργειακής απόδοσης. Το 1954, ο φυσικός Robert Dicke προέβλεψε ότι η αλληλεπίδραση ανάμεσα στο φως και την ύλη μπορεί να αυξηθεί έχοντας ένα αριθμό ατόμων που να «μοιράζονται» την διεγερμένη κατάσταση σε μια κβαντική υπέρθεση.

Αποδεικνύοντας αυτό το αποτέλεσμα, ήταν μια πρόκληση μέχρι σήμερα, επειδή τα άτομα είτε έρχονται τόσο κοντά μεταξύ τους ώστε να συγκρούονται μεταξύ τους ή είναι τόσο μακριά ώστε η κβαντική επιτάχυνση δεν λειτουργεί. Οι ερευνητές τώρα στη μελέτη τους έχουν πλέον αποδείξει τελικά το αποτέλεσμα αυτό πειραματικά, αλλά σε ένα εντελώς διαφορετικό φυσικό σύστημα από ότι είχε προβλέψει ο Robert Dicke. Έχουν δείξει αυτό που ονομάζεται superradiance, για φωτόνια που εκπέμπονται από μια κβαντική τελεία.

«Έχουμε αναπτύξει ένα κβαντικό σημείο, έτσι ώστε να συμπεριφέρεται σαν να αποτελείτο από πέντε κβαντικές κουκίδες, το οποίο σημαίνει ότι το φως είναι πέντε φορές ισχυρότερο. Αυτό οφείλεται στην έλξη μεταξύ του ηλεκτρονίου και της οπής. Αλλά αυτό που είναι ξεχωριστό είναι ότι η κβαντική τελεία εξακολουθεί να εκπέμπει μόνο ένα φωτόνιο σε μια στιγμή. Είναι μια εξαιρετική πηγή μεμονωμένων φωτονίων», αναφέρουν οι ερευνητές στη μελέτη τους. «Η αυξημένη αλληλεπίδραση φωτός-ύλης κάνει τις κβαντικές κουκίδες πιο ισχυρές σε σχέση με τις διαταράξεις που βρίσκονται σε όλα τα υλικά, όπως για παράδειγμα τις ακουστικές ταλαντώσεις. Βοηθά στο να γίνονται τα φωτόνια πιο ομοιόμορφα και αυτό είναι σημαντικό για την μελλοντική δημιουργία των κβαντικών υπολογιστών».

Παραπομπές

Petru Tighineanu, Raphaël S. Daveau, Tau B. Lehmann, Harvey E. Beere, David A. Ritchie, Peter Lodahl, Søren Stobbe. Single-Photon Superradiance from a Quantum Dot. Physical Review Letters (2016). DOI: dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.163604

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *