Các hệ nano để tạo ra vô số hình thức của ánh sáng

Trong hàng thập kỷ, các nhà khoa học đã tin rằng các đặc tính thống kê lượng tử của các hạt boson được các hệ plasmon bảo toàn và do đó không tạo ra hình thức khác của ánh sáng.

Lĩnh vực nghiên cứu này đã phát triển rất nhanh khi tập trung vào các đặc tính lượng tử của ánh sáng và những tương tác của nó với vật chất ở cấp độ nano. Nghiên cứu thực nghiệm trong lĩnh vực này được thúc đẩy bằng khả năng bảo vệ các tương quan phi cổ điển trong tương tác ánh sáng vật chất được suy ra từ tán xạ của các photon và plasmon – một lượng tử của thăng giáng plasma, vốn được giả định là tương tự như động lực học tồn tại trong quang sát của dao động lượng tử để xác định bản chất của các nguồn ánh sáng. Khả năng sử dụng hệ ở cấp độ nano để tạo ra các hình thức lạ của ánh sáng có thể đưa chúng ta tiến xa hơn trên con đường tạo ra những thiết bị lượng tử thế hệ mới. Nó có thể tiếp tục thiết lập một nền tảng mới để khám phá hiện tượng lượng tử mới.

Trong công trình xuất bản trên Nature Communications, các nhà nghiên cứu từ trường đại học bang Louisiana và bốn trường hợp tác khác đã giới thiệu một khám phá có thể làm thay đổi một mô hình trong plasmon lượng tử bằng việc diễn ra tiềm năng của các cấu trúc nano kim loại để tạo ra những hình thức khác của ánh sáng.

Bài báo của họ “Observation of the Modification of Quantum Statistics of Plasmonic Systems” (Quan sát sự biến đổi của thống kê lượng tử trong các hệ plasmon) miêu tả thống kê lượng tử của các hệ nhiều hạt không luôn luôn được bảo toàn trên các nền tảng plasmon 1. Nó cũng miêu tả quan sát đầu tiên của việc thống kê lượng tử được biến đổi này.

Tác giả thứ nhất, nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ  LSU Chenglong You và học viên cao học LSU Mingyuan Hong, cho thấy quang học trong ở gần trường có thể góp thêm những con đường tán xạ có thể tạo ra các tương tác đa hạt phức tạp.

“Phát hiện của chúng tôi tiết lộ khả năng có thể sử dụng tán xạ đa hạt để kiểm soát các hệ plasmon lượng tử một cách tinh tế”, You nói. “Kết quả này đổi hướng một mô hình cũ trong lĩnh vực plasmon lượng tử, nơi vật lý cơ bản được tái khám phá, sẽ đem lại một kiến thức sâu hơn về các đặc tính lượng tử của các hệ plasmon, và cho thấy những con đường mới để có thể kiểm soát các hệ đa hạt lượng tử”.

Nghiên cứu này do nhóm Photon lượng thử thực nghiệm tại LSU thực hiện với sự dẫn dắt của phó giáo sư Omar Magaña-Loaiza, Phòng thí nghiệm Photon lượng tử.

“Chúng tôi đã thiết kế các cấu trúc nano kim loại, pha tạp vàng, để tạo ra những dạng khác nhau của ánh sáng”, Hong nói. “Nền tảng kích cỡ nano của chúng tôi khai thác plasmon ở gần các trường để cảm sinh và kiểm soát những tương tác phức tạp của các hệ nhiều hạt của photon. Năng lực này cho phép chúng tôi kiểm soát những thăng giáng lượng tử của các hệ nhiều hạt photon”.

Khả năng thiết kế ánh sáng với những đặc điểm mang tính cơ chế lượng tử khác biệt mở ra nhiều gợi ý cho các công nghệ lượng tử phức tạp. “Ví dụ, nền tảng của chúng tôi cho phép giảm thiểu những thăng giáng lượng tử của các hệ nhiều photon để tăng cường độ nhạy của các giao thức cho cảm biến lượng tử”, Magaña-Loaiza nói. “Trong phòng thí nghiệm của chúng tôi, chúng tôi sẽ khai thác năng lực kiểm soát một cách tinh tế này để phát triển các mô phỏng lượng tử trong vận chuyển ánh sáng. Điều này sẽ cho phép tạo ra thiết kế tốt hơn và mang lại nhiều tế bào pin mặt trời hiệu quả hơn”.

Thanh Phương tổng hợp

Nguồnhttps://phys.org/news/2021-08-nanoscale.html

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210827184150.htm

———————–

1. https://www.nature.com/articles/s41467-021-25489-4

Tác giả