Recent onderzoek heeft aangetoond dat het mogelijk is om een nieuwe vorm van licht te creëren door licht aan één elektron te koppelen en zo de eigenschappen van beide te combineren. Gebonden licht en een elektron kunnen eigenschappen hebben die zouden kunnen leiden tot circuits die werken met lichtpakketten - fotonen - in plaats van elektronen, aldus wetenschappers van Imperial College London, die het onderzoek hebben uitgevoerd.
Het zal wetenschappers ook in staat stellen om kwantumfysische verschijnselen te bestuderen waarbij deeltjes kleiner dan atomen betrokken zijn.
In conventionele materialen interageert licht met een verscheidenheid aan elektronen die op en in het materiaal aanwezig zijn. Maar met behulp van theoretische fysica om het gedrag van licht te modelleren en een nieuw ontdekte klasse van materialen die bekend staat als topologische isolatoren, hebben onderzoekers van het Imperial College ontdekt dat het kan interageren met slechts één elektron op het oppervlak.
Hiermee kun je een paar maken dat de eigenschappen van licht en elektron combineert. Licht reist meestal in een rechte lijn, maar wanneer het aan een elektron is bevestigd, volgt het zijn pad op het oppervlak van het materiaal.
In een studie gepubliceerd in Nature Communications, hebben Dr. Vincenzo Giannini en collega's deze interactie gemodelleerd met behulp van een nanodeeltje - een kleine bal met een diameter van minder dan 0,00000001 meter - van een topologische isolator.
Hun modellen toonden aan dat net zoals licht de eigenschappen van een elektron aanneemt en door een deeltje gaat, zo ook een elektron enkele eigenschappen van licht krijgt. Wanneer elektronen door materialen bewegen - bijvoorbeeld in een elektrisch circuit - stoppen ze meestal wanneer ze een defect tegenkomen. Maar zoals Giannini's groep aantoonde, zelfs als er onvolmaakte gebieden op het oppervlak van het nanodeeltje waren, zou het elektron ze nog steeds overwinnen met behulp van licht.
Als dit kan worden toegepast op fotonische circuits, zullen ze betrouwbaarder zijn en minder vatbaar voor degradatie en fysieke defecten.
“De resultaten van dit onderzoek zullen een enorme impact hebben op hoe we ons licht voorstellen. Topologische isolatoren zijn pas in het afgelopen decennium ontdekt, maar ze bieden ons al nieuwe verschijnselen om te bestuderen en nieuwe manieren om belangrijke concepten in de natuurkunde te testen”, zegt Giannini. En hij voegt eraan toe dat de verschijnselen die hij in experimenten heeft gemodelleerd, kunnen worden waargenomen met behulp van moderne technologie, en zijn groep werkt al samen met experimentele fysici om dit te implementeren.
Promotie video:
Hij gelooft dat het proces dat leidt tot de creatie van een nieuwe vorm van licht kan worden geschaald om dergelijke verschijnselen veel gemakkelijker waar te nemen. Momenteel kunnen kwantumverschijnselen alleen worden waargenomen door zeer kleine objecten of onderkoelde objecten te bestuderen, maar de laatste doorbraak kan wetenschappers in staat stellen om dit gedrag bij kamertemperatuur te bestuderen.
ILYA KHEL
