Обнаружен полностью оптический аналог ядерного магнитного резонанса с квантовыми жидкостями света

Исследователи из Сколтеха, Варшавского университета и Исландского университета продемонстрировали, что оптическими средствами можно возбудить и перемешать экситон-поляритонный конденсат, который излучает линейно поляризованный свет с осью поляризации, следующей за направлением перемешивания. Вращение линейной поляризации излучаемого света соответствует перемешиванию спина поляритона. Скорость такой модуляции во времени может достигать ГГц благодаря сверхбыстрой динамике поляритонной системы. Обнаружено, что эта прецессия происходит только при определенных резонансных условиях внешнего перемешивания и внутренних параметров системы. Работа опубликована в журнале Optica. Экспериментальная работа полностью проводилась в Центре фотоники Сколтеха.

Вынужденное рассеяние Бриллюэна на кристалле посредством поверхностных акустических волн

Группа исследователей впервые успешно применила лазеры для генерации направленных звуковых волн на поверхности микрочипа. Эти акустические волны, подобные поверхностным волнам, возникающим во время землетрясения, распространяются по чипу на частотах, почти в миллиард раз превышающих частоты, встречающиеся при землетрясениях. Удерживая звуковую волну на поверхности чипа, легче взаимодействовать с окружающей средой, что делает этот чип идеальным кандидатом для передовых сенсорных технологий. Результаты опубликованы в журнале APL Photonics. Метод, используемый исследователями, известен как вынужденное рассеяние Бриллюэна (ВРМБ). Это создается за счет расширенной петли обратной связи между фотонами (светом) и фононами (звуком). Когда свет движется вокруг чипа или оптического волокна, он создает звуковые вибрации. Раньше это считалось помехой в оптической связи, но затем ученые поняли, что могут объединить и усилить эту вибрацию как новый способ передачи и обработки информации. Процесс обратной связи позволяет световым волнам (обычно создаваемым лазерами) и звуковым волнам «сцепляться», увеличивая силу этого эффекта (обратной связи). Исследователи ожидают, что вынужденное рассеяние Бриллюэна найдет применение в сетях 5G/6G и широкополосных сетях, датчиках, спутниковой связи, радиолокационных системах, системах обороны и даже в радиоастрономии.

Новый квантовый лидар обеспечивает высокочувствительное обнаружение ветра на расстоянии 16 км

Исследовательская группа предложила теорию лидара для измерения ветра, основанную на квантовой интерференции с повышающим преобразованием, и успешно разработала прототип. Их работа опубликована в журнале ACS Photonics. Учёные предложили теорию использования HOM-интерференции и квантового стирания высокого порядка для демонстрации явлений квантовой интерференции с независимыми фотонами из разных источников света. HOM-интерференция — это квантовое оптическое явление, при котором интерференция возникает между двумя фотонами, даже если они не сосуществуют, демонстрируя корреляции. Квантовое стирание — это квантовомеханический процесс, который может устранить или восстановить квантовую запутанность между двумя фотонами, манипулируя дополнительными фотонами. Результаты показали, что эта квантовая лидарная система может записывать оптические сигналы в полосе пропускания более 17 ГГц (что соответствует 13 км/с) с частотой дискретизации МГц, решая проблемы с высокой частотой дискретизации и большими проблемами хранения данных для слабых сигналов при непрерывном обнаружении сверхбыстрых целей. Кроме того, в полевых экспериментах квантовая интерференционная лидарная система достигла обнаружения поля ветра на горизонтальном расстоянии 16 км с энергией 70 мкДж, улучшив чувствительность обнаружения в 7 раз по сравнению с существующими лидарными системами, с постоянством обнаружения поля ветра R² = 0,997.

Снижение потерь энергии в металлических наноструктурах за счет изменения геометрических размеров

Исследователи из Городского университета Гонконга (CityUHK) сделали открытие, которое значительно снижает потери энергии в металлических наноструктурах. Изменяя геометрические размеры этих структур, исследователи полностью раскрыли их потенциал, открыв путь для разработки более мощных и эффективных нанооптических устройств. Обнаружено новое универсальное правило — закон обратного квадратного корня, показывающее, как регулирование размеров плазмонных наноструктур может существенно снизить потери энергии. Это открытие устраняет разрыв между локализованными поверхностными плазмонными резонансами (LSPR) и поверхностными плазмонными поляритонами (SPP), что приводит к улучшению качества резонанса в металлических массивах на два порядка. Этот прорыв открывает захватывающие возможности для более сильных взаимодействий света и материи на наноуровне.

Оптически обнаруженный когерентный контроль молекулярных спинов при комнатной температуре

В статье «Оптически обнаруживаемое когерентное управление молекулярными спинами при комнатной температуре», опубликованной в журнале Physical Review Letters, учёные показывают, как можно манипулировать определенным квантовым свойством, известным как «спин» в органических молекулах, и измерять его с помощью видимого света, и все это при комнатной температуре. Были использованы лазеры для выравнивания спинов электронов в молекулах, которые можно рассматривать как крошечные квантово-механические магниты. При тщательно направленных импульсах микроволнового излучения, получилось управлять спиновыми состояниями в желаемые квантовые состояния. Далее, используя количество видимого света, получилось измерять состояние спинов испускаемого молекулами от второго лазерного импульса, который менялся в зависимости от квантового состояния спинов. В демонстрации доказательства принципа действия была использована органическая молекула под названием пентацен, включенная в две формы материала под названием пара-терфенил, как в кристаллах, так и в тонкой пленке. Продемонстрировано, что можно оптически обнаруживать квантовую когерентность (временную шкалу, в которой существуют квантовые состояния) молекул в течение микросекунды при комнатной температуре, что намного дольше времени, необходимого для манипулирования состояниями.

Гигантское усиление нелинейных гармоник оптического пинцетного фононного лазера

Ученые совершили значительный скачок в разработке лазеров, использующих звуковые волны вместо света. Фононные лазеры обещают успехи в медицинской визуализации, глубоководных исследованиях и других областях. Результаты опубликованы в журнале eLight. Новая технология включает в себя крошечный электронный толчок, который значительно увеличивает мощность и точность звуковых волн, производимых лазером. Это открывает путь для будущих устройств, которые могли бы использовать звук для более широкого спектра приложений. Ранее фононные лазеры, изготовленные из небольших объектов, страдали от слабых и неточных звуковых волн, что ограничивало их полезность. Новый метод преодолевает эту проблему, по сути «запирая» звуковые волны в более стабильном и мощном состоянии.

Наноструктуры позволяют реализовать встроенный в чип световой волновой электронный частотный смеситель

Разработан электронный смеситель частот для обнаружения сигналов, который работает за пределами 0,350 ПГц с использованием крошечных наноантенн. Эти наноантенны могут смешивать различные частоты света, позволяя анализировать сигналы, колеблющиеся на порядки быстрее, чем самые быстрые, доступные для обычной электроники. Учёные подчеркивают использование сетей наноантенн для создания широкополосного электронного оптического частотного смесителя на чипе. Этот инновационный подход позволяет точно считывать формы оптических волн, охватывающие более одной октавы полосы пропускания. Важно, что этот процесс работал с использованием коммерческого лазера под ключ, который можно купить в готовом виде, а не с помощью высоконастраиваемого лазера. Хотя оптическое смешение частот возможно с использованием нелинейных материалов, этот процесс является чисто оптическим. Кроме того, толщина материалов должна быть во много раз больше длины волны, что ограничивает размер устройства микрометрическим масштабом. Продемонстрированный авторами метод световолновой электроники использует механизм туннелирования, управляемый светом, который обеспечивает высокую нелинейность для смешивания частот и прямого электронного вывода с использованием устройств нанометрового масштаба.

Хиральное квантовое нагревание и охлаждение с помощью оптически управляемого иона

Тепловые двигатели, преобразующие тепло в полезную работу, жизненно важны в современном обществе. С развитием нанотехнологий изучение квантовых тепловых двигателей (QHE) имеет решающее значение для проектирования эффективных систем и понимания квантовой термодинамики. QHE, работающие как открытые квантовые системы, обмениваются энергией с внешними термальными ваннами, что приводит к квантовым скачкам. Поэтому динамика QHE может быть полностью описана и хорошо понята только с использованием исключительных точек Лиувилля (LEP), а не традиционных гамильтоновых EP, особенно для QHE на основе кубитов. В статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа учёных демонстрирует хиральный квантовый нагрев и охлаждение, а также перенос квантового состояния с использованием оптически управляемого иона. Работа раскрывает хиральные термодинамические свойства квантовых систем с неэрмитовой динамикой путем динамического обхода замкнутого контура без вовлечения LEP. Направление обхода замкнутого контура влияет на то, действует ли система как тепловой двигатель или холодильник. Их исследование подчеркивает роль неадиабатических переходов и процесса Ландау-Зенера-Штюкельберга (LZS) в достижении хиральной операции. Этот эксперимент впервые связывает процесс LZS для хиральности с термодинамическими эффектами, связанными с LEP.

Многожильный волоконно-оптический дискриминационный датчик для измерения магнитного поля и температуры

В статье, опубликованной в журнале Light: Advanced Manufacturing, представлен сверхкомпактные многожильные волоконно-оптические (MCF) наконечники зондов для дискриминационного измерения магнитного поля и температуры. Микрокантилевер в форме чаши и микрополость, пропитанная микрожидкостью, были напечатаны на двух разных сердечниках MCF с помощью техники двухфотонной полимеризации (TPP) соответственно. Микрокантилевер был включен с железным шариком внутри наконечника в форме чаши, чтобы сделать его магнитно-чувствительным, в то время как микрополость, пропитанная микрожидкостью, обеспечила высокочувствительный элемент измерения температуры. Дискриминационное измерение двух параметров может быть реализовано с помощью матрицы коэффициентов чувствительности. Метод позволяет не только реализовать дискриминационное измерение магнитного поля и температуры с высокой чувствительностью, но и значительно уменьшить размер многопараметрического датчика.

Переработка грифеля карандаша в оптический материал с использованием плазмы

Как превратить грифель карандаша в полезные оптические материалы? Ответ сводится к одному слову: плазма, электрически заряженное газообразное состояние. Учёные изучили влияние более длительной плазменной обработки свинца. Для этого они подготовили образцы грифеля карандаша и поместили их в плазменную камеру на разные периоды времени, от десяти секунд до более трех минут. После этого они измерили изменения в спектрах отражения образцов, то есть интенсивность, с которой каждый обработанный образец отражает падающий свет в зависимости от его частоты. Обнаружено, что облучение грифеля карандаша плазмой в течение длительного времени привело к появлению нового оптического материала, который вызывает интерференцию в ближнем инфракрасном и среднем инфракрасном диапазонах, которые находятся ниже области длин волн видимого света. Это было связано с большей толщиной слоя глины, обнажаемого плазменным травлением. Чтобы продемонстрировать наглядное применение своей техники, команда выгравировала буквы и цифры на поверхности пластины карандашного грифеля таким образом, что символы были видны только при использовании инфракрасной камеры.