Kendi kendine nefes alan bir rezonatörden tutarlı titreşimler

Kendi kendine nefes alan bir rezonatörden tutarlı titreşimler
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın


Bir fonon lazeri - kendi kendine nefes alan bir rezonatörden gelen tutarlı titreşimler

Şekil 1. (a) Polariton BEC ve yarı iletken bir mikro boşlukta mikro yapılı bir tuzağın fonon lazerlemesi. (b) Düşük (alt eğri) ve yüksek (üst eğri) parçacık yoğunlukları altında BEC emisyonu, fonon enerjisi ℏω_a ile ayrılmış fonon yan bantlarını gösterir. Kredi: PDI ve Instituto Balseiro ve Centro Atómico

Lasing – iyi tanımlanmış bir dalga boyuna (renk) ve faza sahip koşutlanmış bir ışık demetinin emisyonu – bir emisyon merkezleri koleksiyonunun özdeş ışık parçacıkları (fotonlar) üretmek için kendini senkronize ettiği bir kendi kendine organizasyon sürecinden kaynaklanır. Benzer bir kendi kendine organize olan senkronizasyon fenomeni de uyumlu titreşimlerin oluşmasına yol açabilir – fononun fotonlara benzer şekilde sesin kuantum parçacıklarını ifade ettiği bir fonon lazeri.

Foton lazerleme ilk olarak yaklaşık 60 yıl önce ve tesadüfen, Albert Einstein tarafından tahmininden 60 yıl sonra gösterildi. Bu uyarılmış yükseltilmiş ışık emisyonu, birçok alanda eşi görülmemiş sayıda bilimsel ve teknolojik uygulama buldu.

Bir "sesin lazeri" kavramı hemen hemen aynı anda öngörülmesine rağmen, şimdiye kadar sadece birkaç uygulama bildirildi ve hiçbiri teknolojik olgunluğa ulaşmadı. Şimdi, Bariloche'deki (Arjantin) Instituto Balseiro ve Centro Atómico'dan ve Berlin'deki Paul-Drude-Institut'tan araştırmacılar arasındaki bir işbirliği, yarı iletken yapıları kullanarak onlarca GHz aralığında tutarlı titreşimlerin verimli bir şekilde üretilmesi için yeni bir yaklaşım getirdi. İlginç bir şekilde, uyumlu fononların üretilmesine yönelik bu yaklaşım, Einstein'ın bir başka tahminine dayanmaktadır: maddenin 5. hali, birleştirilmiş ışık-madde parçacıklarının (polaritonlar) bir Bose-Einstein yoğunlaşması (BEC).

Polariton BEC, merkezler tarafından yayılan aynı enerjinin ℏωC ışığını yansıtmak için tasarlanmış dağıtılmış Bragg reflektörleri (DBR'ler) arasına sıkıştırılmış elektronik merkezlerden oluşan yarı iletken bir mikro boşlukta mikro yapılı bir tuzakta oluşturulur (bkz. Şekil 1a). DBR'nin şeffaf olduğu, farklı bir enerji ℏωL'ye sahip bir ışık demeti tarafından optik olarak uyarıldığında, merkezlerin elektronik durumları, ℏωC enerjisinde, DBR'lerde geri yansıyan ışık parçacıkları (fotonlar) yayar. Fotonlar daha sonra merkezler tarafından yeniden emilir. Hızlı ve tekrar eden emisyon ve yeniden emilim olayları dizisi, enerjinin elektronik mi yoksa fotonik durumda mı depolandığını ayırt etmeyi imkansız kılar. Daha çok, haller arasındaki karışımın polariton adı verilen yeni bir hafif madde parçacığı yarattığı söyleniyor. Ayrıca, yüksek partikül yoğunluğu altında (ve tuzağın neden olduğu uzamsal lokalizasyonun yardımıyla), polaritonlar bir lazerdeki fotonlara benzer kendi kendine organize bir duruma girerler, burada tüm partiküller ışığı aynı enerji ve fazda yaymak için senkronize olur. polariton BEC lazer. Polariton BEC'nin karakteristik imzası, mikro boşluktan kaçan fani radyasyonun ölçülmesiyle tespit edilebilen, Şekil 1b'deki mavi eğri ile gösterilen çok dar bir spektral çizgidir.

Kullanılan mikro boşluk aynalarının (DBR'ler) bir başka ilginç özelliği, yalnızca optik (ışık) değil, aynı zamanda belirli bir dalga boyları aralığında mekanik titreşimleri (ses) yansıtma yeteneğidir. Sonuç olarak, yakın kızılötesinde fotonlar için tipik bir AlGaAs mikro boşluğu, titreşimlerin kuantumunu – fononları – yaklaşık 20 GHz'lik salınım frekansı ωa / 2p'ye karşılık gelen enerji ℏωa ile sınırlar. DBR'ler tarafından foton yansıması bir polariton BEC oluşumu için gerekli geri bildirimi sağladığından, fonon yansıması fonon popülasyonunda bir artışa ve polariton BEC ile fonon etkileşiminin artmasına yol açar.

Polaritonlar ve fononlar arasındaki etkileşim nasıl gerçekleşir? Bir lastikte hava olarak, yüksek yoğunluklu yoğunlaşmış polaritonlar, mikro boşluk aynalarına, sınırlı fononların frekansında mekanik salınımları tetikleyebilen ve sürdürebilen bir basınç uygular. Bu solunum salınımları mikro boşluk boyutlarını değiştirir, böylece polariton BEC'ye geri etki eder. Kritik bir polariton yoğunluğunun üzerinde tutarlı ses emisyonuna neden olan bu bağlantılı optomekanik etkileşimdir. Bu uyumlu fonon emisyonunun bir parmak izi, BEC emisyonunun, enerji ℏωL ile bir lazer tarafından sürekli uyarılma altında kendi kendine atmasıdır. Bu kendi kendine nabız, fonon enerjisi ℏωa'nın katları ile yer değiştiren polariton BEC emisyonu etrafında güçlü yan bantların ortaya çıkmasıyla tanımlanır (bkz. Şekil 1b'deki kırmızı eğri).

Şekil 1b'deki yan bantların genliğinin analizi, yüz binlerce monokromatik fononun sonuçta ortaya çıkan titreşim durumunu doldurduğunu ve 20 GHz koherent fonon lazer ışını olarak substrata doğru yayıldığını göstermektedir. Tasarımın önemli bir özelliği, Dikey Boşluklu Yüzey Yayan Lazerde (VCSEL) olduğu gibi, yalnızca optik olarak değil aynı zamanda elektriksel olarak da uyarılabilen dahili bir yüksek yoğunluklu ve tek renkli ışık yayıcı (polariton BEC) tarafından fononların uyarılmasıdır. Ayrıca, mikro boşluk tasarımının uygun modifikasyonları ile daha yüksek fonon frekansları elde edilebilir. Fonon lazerin potansiyel uygulamaları arasında, iletişim ve kuantum bilgi cihazlarındaki ışık ışınlarının, kuantum yayıcıların ve kapıların uyumlu kontrolünün yanı sıra, gelecekteki ağ için uygun olan çok geniş 20-300 GHz frekans aralığında ışıktan mikrodalgaya çift yönlü dönüştürme yer alır. teknolojileri.


Yarı iletken kristalde terahertz kafes titreşimleri için amplifikatör


Daha fazla bilgi:
D.L. Chafatinos ve diğerleri, Polariton tahrikli fonon lazer, Doğa İletişimi (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-18358-z

Tarafından sunulan
Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB)


Alıntı:
Bir fonon lazeri: Kendi kendine nefes alan bir rezonatörden tutarlı titreşimler (2020, 11 Eylül)
alındı ​​12 Eylül 2020
https://phys.org/news/2020-09-phonon-laser-coherent-vibrations-self-breathing.html adresinden

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, hayır
bölümü yazılı izin alınmadan çoğaltılabilir. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.





Kaynak

admin

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Translate »