Először is a tudósok kimutatták, hogy időben képesek fényt küldeni a „repedéseken”.
Az új kísérlet egy 220 éves demonstráció csavarja, amelyben a fény a képernyő két résén áthaladva egyedi diffrakciós mintát hoz létre az űrben, amelyben a fényhullám csúcsai és mélységei felhalmozódnak vagy kioltódnak. Az új kísérletben a kutatók időben hasonló mintát hoztak létre, lényegében megváltoztatva az ultranagy lézerimpulzus színét.
Az eredmények megnyitják az utat az analóg számítógépek fejlődése előtt, amelyek digitális bitek helyett fénysugarakra nyomtatott adatokat kezelnek – és az ilyen számítógépek „tanulhatnak” az adatokból. Ezenkívül elmélyítik a fény alapvető természetének és az anyaggal való kölcsönhatásainak megértését.
Az új tanulmányhoz, amelyet április 3-án írtak le a Nature Physics folyóiratban (Új lapon nyílik meg)A kutatók indium-ón-oxidot (ITO) használtak, amely a legtöbb telefon képernyőjén megtalálható anyag. A tudósok már korábban is tudták, hogy az ITO átlátszóból fényvisszaverővé változhat a fény hatására, de a kutatók azt találták, hogy ez sokkal gyorsabban történik, mint korábban gondolták, kevesebb mint 10 femtoszekundum (a másodperc 10 milliomod része) alatt.
„Ez nagyon nagy meglepetés volt, és először nem tudtuk megmagyarázni” – mondta a tanulmány vezető szerzője Riccardo Sapienza (Új lapon nyílik meg), az Imperial College London fizikusa mondta a Live Science-nek. Végül a kutatók felfedezték, miért ment végbe a reakció olyan gyorsan, megvizsgálva azt az elméletet, hogy az ITO-ban lévő elektronok hogyan reagálnak a beeső fényre. – De sok időbe telt, mire megértettük.
Időcsere a térben
Thomas Young angol tudós először 1801-ben mutatta be a fény hullámszerű természetét a ma már klasszikusnak számító „kettős rés” kísérlettel. Amikor a fény egy kétrésű képernyőre világít, a hullámok irányt változtatnak, így az egyik résből kilépő hullámok zavarják a fényt. hullámok jönnek át a másikon. Ezeknek a hullámoknak a teteje és alja vagy hozzáadódik vagy megszűnik, világos és sötét szegélyeket hozva létre, amelyeket interferenciamintának neveznek.
Az új tanulmányban Sapienza és munkatársai időben újra létrehoztak egy ilyen interferencia-mintát úgy, hogy „szivattyús” lézerimpulzust világítottak meg egy ITO-bevonatú képernyőn. Míg az ITO kezdetben átlátszó volt, a lézer fénye megváltoztatta az anyag belsejében lévő elektronok tulajdonságait, így az ITO tükörként verte vissza a fényt. Ezután egy következő „szonda” lézersugár az ITO képernyőjén éri el az optikai tulajdonságok átmeneti változását, mindössze néhány száz femtoszekundumos időosztással. Egy második pumpás lézerimpulzus segítségével az anyagot úgy viselkedtem, mintha két rés lenne az időben, a két térbeli kettős résen áthaladó fényhez hasonlóan.
Míg a hagyományos térbeli réseken áthaladva a fény irányt változtat, és felpörgeti a fényt, a fény ezeken a kettős „időbeli réseken” áthaladva frekvenciája megváltozik, ami fordítottan arányos a hullámhosszal. A látható fény hullámhossza határozza meg a színét.
Az új kísérletben az interferenciamintázat peremként, vagy további csúcsokként jelent meg a frekvenciaspektrumokban, amelyek a különböző frekvenciákon mért fényintenzitás hisztogramjai. Ahogyan a térbeli rések közötti távolság megváltoztatása megváltoztatja a létrejövő interferenciamintát, az időbeli rések közötti késleltetés az interferenciacsúcsok térközét a frekvenciaspektrumokba kényszeríti. Az ezekben az interferenciamintázatokban látható szegélyek száma, amelyek még azelőtt láthatók, hogy amplitúdójuk a háttérzaj szintjére csökkenne, megmutatja, milyen gyorsan változnak az ITO tulajdonságai; A lassú reakciójú anyagok kevesebb észlelhető interferenciaperemet produkálnak.
Nem ez az első alkalom, hogy a tudósok rájöttek, hogyan lehet manipulálni a fényt az időben, nem pedig a teret. Például a tudósok V.N A Google szerint a „Sycamore” kvantumszámítógép időkristályt hozott létreaz anyag új fázisa, amely az idő múlásával periodikusan változik, szemben az atomok periodikus elrendezésével a térben.
Andrea Ali (Új lapon nyílik meg)a New York-i Városi Egyetem fizikusa, aki nem vett részt ezekben a kísérletekben, de külön kísérleteket végzett, amelyek fényvisszaverődést hoztak létre az időben, egy újabb „lenyűgöző bemutatónak” nevezte az idő és a tér cseréjét.
„A kísérlet legfontosabb szempontja az, hogy megmutatja, hogyan tudjuk megváltoztatni a permittivitást [which defines how much a material transmits or reflects light] Ez a cikk (ITO) nagyon gyors és nagy mennyiségben készült” – mondta Alù a Live Science-nek e-mailben. Ez megerősíti, hogy ez az anyag ideális jelölt lehet az időfordítások és az időkristályok demonstrálására. „
A kutatók azt remélik, hogy ezeket a jelenségeket metaanyagok vagy olyan szerkezetek létrehozására használják, amelyek a fény útját specifikus és gyakran összetett módon megváltoztatják.
Eddig ezek a metaanyagok statikusak voltak, ami azt jelenti, hogy a metaanyagnak a fény útjára gyakorolt hatásának megváltoztatásához teljesen új metaanyag-architektúra alkalmazására van szükség – például egy új analóg számítógépre minden egyes számítási típushoz, mondta Sapienza.
„Most már van egy anyagunk, amelyet fel tudunk építeni, ami azt jelenti, hogy több célra is felhasználhatjuk” – mondta Sapienza. Hozzátette, hogy egy ilyen technológia lehetővé teszi az agyat utánzó neurális számítástechnikát.
„Utazási specialista. Tipikus közösségi média tudós. Az állatok barátja mindenhol. Szabadúszó zombinindzsa. Twitter-barát.”
More Stories
A tudósok napviharokra készülnek a Marson
Végre megnyílt a Föld legmagasabb csillagvizsgálója, amely Chilében, az Andokban található
A T. rex áll a dinoszauruszok intelligenciájáról folyó vita középpontjában