راهنمایی نور در مقیاس نانو با ابداع دستگاه جدید - مجله همراهان

در فیزیک کوانتومی که شاخه ای از علم مربوط به همه ذرات اتمی و زیر اتمی است، طراحی روش هایی برای کنترل سرعت و حرکت ذرات یک کار همیشگی است. نوآوری هایی مانند ابداع دستگاه هایی که به میزان قابل توجهی سرعت آنها را افزایش می دهند، به پیشرفت تحقیق و توسعه در زمینه مکانیک نوری(optomechanics) یاری می نماید و روند کلی آن را اصلاح می نماید. در حال حاضر تیمی از محققان دانشگاه فناوری دلفت(Delft) هلند و دانشگاه وین اتریش روش جدیدی برای کنترل و اندازه گیری نانوذراتی که در یک پرتو لیزر به دام افتاده اند، ابداع نموده اند و نتایج مطلوبی را در شرایط با حساسیت بالا به دست آورده اند.

اگر چه این نخستین بار نیست که دستکاری اتم های به دام افتاده انجام می گردد، اما یکی از اولین بارهایی است که دانشمندان قادر به فراوری نتایج مطلوب و غلبه بر چالش های کلاسیک آن هستند. برای انجام این کار، از یک روش ضبط اپتیکال، شامل یک حفره کریستال فوتونی استفاده شده است که یک دستگاه نانومقیاس است و با پرتو لیزری بسیار متمرکز کار می نماید. ابداع این روش به آرتور اشکین نسبت داده می گردد که جایزه نوبل فیزیک 2018 را همراه با دو فیزیکدان دیگر برای اختراع نوآورانه در زمینه فیزیک لیزری دریافت کرد.

نتیجه این است که محققان نه تنها قادر به جمع آوری تمام نانوذرات بودند، بلکه نیروی نوری کمتری را نسبت به اغلب روش های سنتی به کار گرفتند. مهمتر از همه، این روش به محققان اجازه داد تا از محدودیت های اصل عدم اطمینان هایزنبرگ که در طول سالیان برای بسیاری از فیزیکدانان کوانتومی چالش برانگیز بود، دوری نمایند. بر اساس عملکرد ذرات در آزمایش، تیم به این نتیجه رسید که این روش مسیر امیدوارنماینده ای برای کوانتوم مکانیک نوری در دمای اتاق ارائه می دهد.

این دستگاه تقریبا هر فوتونی را که با نانوذرات تعامل دارد، تشخیص می دهد. این موضوع نه تنها به آن یاری می نماید که به حساسیت بسیار بالایی دست یابد، بلکه به این معنی است که این روش جدید از قدرت نوری کمتری نسبت به سایر روش هایی که موجب از دست رفتن بیشتر فوتون ها می شوند، استفاده می نماید. مارکوس آسپلمیر رهبر گروه تحقیقاتی از دانشگاه وین، شرح داد: این نوع دستگاه در طولانی مدت می تواند به ما در درک مواد در مقیاس نانو و تعاملات آنها با محیط در یک سطح اساسی یاری کند.

طبق گفته محققان، مطالعه فعلی فقط شروع ماجرا است، آنها قصد دارند تا در طول زمان نتایج به دست آمده را اصلاح نمایند. مارکوس ادامه داد: این روش می تواند با استفاده از ویژگی های نانومواد، روش های جدیدی را منجر گردد. ما در حال کوشش برای بهبود دستگاه برای افزایش حساسیت فعلی آن هستیم که به ما اجازه می دهد که از تعامل حفره با ذره برای آنالیز یا حتی کنترل وضعیت کوانتومی ذرات استفاده کنیم که هدف نهایی ما است.

این مطالعه در مجله Optics منتشر شده است.

5656