Badania

Dłuższe życie układów atomowych w „Nature”

Opublikowano: 2019-12-19

forum akademickie
Fot. Andrzej Romański

Polsko-niemiecki zespół fizyków i chemików kwantowych, koordynowany przez dr Karolinę Słowik z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, wskazał na nową możliwość wydłużenia czasu życia układów atomowych w otoczeniu nanoanten. Wyniki badań opublikowało właśnie czasopismo Nature Communications.

Przedmiotem prowadzonych badań było zagadnienie oddziaływań układów atomowych ze światłem w bliskim otoczeniu nanostruktur metalicznych. Takie nanostruktury, rozmiarów tysiąckrotnie mniejszych od przekroju włosa ludzkiego, działają jak malutkie anteny dostrojone rozmiarem do optycznych długości światła (ułamki mikrometrów). Nanoanteny, w analogii do ich znanych powszechnie makroskopowych wzorców oddziałujących z falami radiowymi, mają zdolność skupiania promieniowania światła widzialnego do obszarów przestrzennych istotnie mniejszych od długości fali.

Zakres optyczny odpowiada długościom fal, z którymi „chętnie” oddziałują układy atomowe: atomy, cząsteczki, defekty sieci krystalicznych, a nawet sztuczne twory zwane kropkami kwantowymi. Jeśli układ atomowy znajdzie się w pobliżu nanoanteny, tj. w miejscu skupienia promieniowania świetlnego, jego oddziaływanie ze światłem jest niezwykle intensywne: skupione promieniowanie ma znacznie większą energię w przeliczeniu na jednostkę objętości więc wymiana energii między światłem a układem atomowym zachodzi znacznie szybciej niż miałoby to miejsce w „zwykłych” warunkach. Ponadto, ze względu na szybkie zmiany natężenia pola w przestrzeni, uaktywniają się zwykle mało znaczące kanały oddziaływania, związane np. z obecnością pola magnetycznego.

Współistnienie kilku kanałów oddziaływania otwiera możliwość nakładania się ich wpływów w zjawisku interferencji. To właśnie ten aspekt został zbadany przez zespół, który wskazał przykładowe warunki w jakich poprzez interferencję można by potencjalnie modulować szybkość oddziaływań, w szczególności czas życia układów atomowych w stanie wzbudzonym. Czas ten jest zawsze ograniczony ze względu na oddziaływanie z otaczającym układ polem elektromagnetycznym. Jak wykazali badacze, czas życia w stanie wzbudzonym mógłby zostać wydłużony dzięki destruktywnej interferencji uaktywnionych w obecności nanoanten kanałów oddziaływań z polem. Układy atomowe o długim czasie życia w stanie wzbudzonym mogą być zastosowane m.in. jako pamięć do przechowywania informacji kwantowej w miniaturowych układach scalonych.

Badania były prowadzone we współpracy zespołów badawczych z Karlsruhe Institute of Technology w Niemczech oraz naukowców z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Grupy niemieckie kierowane przez C. Rockstuhla i F. Weigenda specjalizują się odpowiednio w modelowaniu teoretycznym odpowiedzi optycznej nanostruktur oraz w dziedzinie chemii kwantowej. W skład zespołu z UMK weszli mgr Piotr Gładysz, dr Andrzej Kędziorski i dr Karolina Słowik.

Efekty zostały opisane w artykule Enhancement of and interference among higher order multipole transitions in molecules near a plasmonic nanoantenna na łamach Nature Communications. Badania uzyskały m.in. wsparcie finansowe Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, Narodowego Centrum Nauki oraz Deutsche Forschungsgemeinschaft.

źródło: UMK


PARTNERZY

forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie
forum akademickie