Νέας μορφής λέιζερ για τον ήχο – το λέιζερ φωνονίων – αναμένεται να οδηγήσει σε σημαντικές εξελίξεις

Ερευνητές από ένα Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Rochester συνεργάστηκαν με ειδικούς στο Πανεπιστήμιο του Rochester για να δημιουργήσουν ένα διαφορετικό είδος λέιζερ – ένα λέιζερ για ήχο, χρησιμοποιώντας την τεχνική της οπτικής λαβίδας που εφευρέθηκε από τον νομπελίστα Art Ashkin. Στο νέο τεύχος του Nature Photonics, οι ερευνητές προτείνουν και επιδεικνύουν ένα λέιζερ φωνονίων χρησιμοποιώντας μια οπτικά αιωρούμενο νανοσωματίδιο.

Ένα φωνόνιο είναι ένα κβάντο ενέργειας που συνδυάζεται με ένα ηχητικό κύμα και οι οπτικές λαβίδες ελέγχουν τα όρια των φαινομένων σε απομόνωση και εξαλείφει τις φυσικές διαταραχές από το γύρω περιβάλλον. Οι ερευνητές μελέτησαν τις μηχανικές δονήσεις του νανοσωματιδίου, το οποίο αιωρείται ενάντια στη βαρύτητα από τη δύναμη της ακτινοβολίας και την εστίαση από μια δέσμη οπτικού λέιζερ.

«Η μέτρηση της θέσης του νανοσωματιδίου με ανίχνευση του φωτός που σκεδάζει και η παροχή της πληροφορίας αυτής πίσω στη δέσμη-λαβίδα μας επιτρέπει να δημιουργήσουμε μια κατάσταση όμοια με λέιζερ», ανέφερε ο Mishkat Bhattacharya, αναπληρωτής καθηγητής φυσικής στο Rochester Institute of Technology (RIT) και ερευνητής θεωρητικής κβαντικής οπτικής. «Οι μηχανικές δονήσεις γίνονται έντονες και έρχονται σε τέλειο συγχρονισμό, όπως ακριβώς τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που αναδύονται από ένα οπτικό λέιζερ».

Επειδή τα κύματα που αναδύονται από ένα δείκτη-λέιζερ είναι σε συγχρονισμό, η δέσμη μπορεί να ταξιδέψει σε μια μεγάλη απόσταση χωρίς να απλώνεται σε όλες τις διευθύνσεις – αντίθετα από ότι το φως από τον ήλιο ή από μια λάμπα φωτισμού. Σε ένα τυπικό οπτικό λέιζερ οι ιδιότητες του εξερχόμενου φωτός ελέγχονται από το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο το λέιζερ. Είναι ενδιαφέρον ότι, στο λέιζερ φωνονίου οι ρόλοι του φωτός και της ύλης αντιστρέφονται – η κίνηση του υλικού σωματιδίου είναι τώρα που ελέγχεται από την οπτική ανάδραση.

«Είμαστε σε αγωνία να δούμε ποιες πρόκειται να είναι οι χρήσεις της συσκευής αυτής – ειδικά για αισθητήρες και επεξεργασία πληροφορίας δεδομένου ότι το οπτικό λέιζερ έχει τόσες πολλές, και ακόμη εξελισσόμενες, εφαρμογές», ανέφερε ο Bhattacharya. Είπε επίσης ότι το λέιζερ φωνονίων υπόσχεται να επιτρέψει την διερεύνηση της θεμελιώδους κβαντικής φυσικής, συμπεριλαμβανομένου του σχεδιασμού του περίφημου νοητικού πειράματος της γάτας του Schrödinger, η οποία μπορεί να υπάρχει σε δυο θέσεις ταυτόχρονα.

Ο Bhattacharya συνεργάστηκε με την πειραματική ομάδα υπό την ηγεσία του Nick Vamivakas στο Ινστιτούτο Οπτικής στο Πανεπιστήμιο του Rochester.