Содержание
Ученые создали уникальную “ловушку для света”
https://ria.ru/20180524/1521256232.html
Ученые создали уникальную “ловушку для света”
Ученые создали уникальную “ловушку для света” — РИА Новости, 25.07.2018
Ученые создали уникальную “ловушку для света”
Коллектив ученых под руководством профессора Юрия Раковича в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» впервые разработал настраиваемый… РИА Новости, 24.05.2018
2018-05-24T14:56
2018-05-24T14:56
2018-07-25T16:31
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1521256232.jpg?13428951691532525499
москва
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2018
РИА Новости
1
5
4.7
96
internet-group@rian.
ru
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
москва, национальный исследовательский ядерный университет «мифи», университетская наука
Наука, Москва, Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Университетская наука
Коллектив ученых под руководством профессора Юрия Раковича в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» впервые разработал настраиваемый микрорезонатор для создания гибридных энергетических состояний между светом и материей, позволяющий управлять химическими и биологическими свойствами молекул с помощью света.
Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Review of Scientific Instruments. Статья включена в число особо выдающихся («Editor’s Pick»).
10 декабря 2017, 08:00
Лазерный луч: как создавали устройство с бесконечными возможностями
Разработанный микрорезонатор – это ловушка для света, представленная в виде двух зеркал, расположенных друг от друга на расстоянии в несколько сотен нанометров. Когда квант света попадает в эту ловушку, он формирует локализованное состояние электромагнитной волны. Изменяя форму и размер резонатора, можно управлять пространственным распределением электромагнитной волны и временем жизни фотона в резонаторе.
Новая разработка позволяет управлять химическими и биологическими свойствами молекул с помощью света. Практическое значение исследования во многом определяется уникальностью разработанной конструкции. На основе созданного микрорезонатора можно создавать приборы нового поколения для использования в био- и химическом сенсинге, управления скоростью химических реакций и эффективностью переноса энергии.
Высокая оценка прибора объясняется новизной, эффективностью и универсальностью его конструкции, а также уникальностью свойств микрорезонатора для проведения исследований, пояснили РИА Новости авторы разработки.
Между светом и веществом
Резонансное взаимодействие между квантовыми излучателями и локализованным электромагнитным полем интересно, прежде всего, благодаря возможности управлять свойствами гибридных состояний «свет–вещество». В таких системах свет и вещество формируют некое промежуточное состояние с измененными свойствами. Причем этими свойствами гибридных состояний можно управлять с помощью оптического излучения (света). Один из способов получения таких состояний – помещение излучающих или поглощающих молекул в резонатор.
7 мая 2018, 08:30
Российские ученые создали лазер-трансформер
По словам ученых, представленная конструкция настраиваемого микрорезонатора существенно упростит и расширит такие исследования, позволив изучать взаимодействия света с веществом в режимах как сильной, так и слабой связи для образцов практически любого вещества в спектральном диапазоне от УФ- до ИК-излучения.
«Прибор представляет собой микрорезонатор Фабри–Перо (λ/2), состоящий из плоского и выпуклого зеркал, которые обеспечивают плоско-параллельность по крайней мере в одной точке на поверхности последнего, минимизируя объем моды. Это «ловушка» для света, изготовленная в виде двух зеркал, расположенных друг от друга на расстояние меньше длины волны света», – рассказал РИА Новости ведущий учёный Лаборатории гибридных фотонных наноматериалов НИЯУ МИФИ, профессор Юрий Ракович.
© Фото : НИЯУ МИФИВедущий учёный Лаборатории гибридных фотонных наноматериалов НИЯУ МИФИ, профессор Юрий Ракович
© Фото : НИЯУ МИФИ
Когда квант света попадает в эту ловушку или излучается источником света внутри резонатора, он начинает активно «метаться», многократно отражаясь от зеркал. За счет этого удается осуществить связь фотонов и собственных энергетических состояний микрорезонатора.
«Изменяя форму и размер резонатора, а также коэффициенты отражения зеркал, можно управлять свойствами света и эффективностью такой «ловушки»», – сообщил Юрий Ракович.
От прототипа — к промышленному производству
Разработанный микрорезонатор удобен в обращении, а его устройство достаточно просто, чтобы наладить его промышленное производство. Микрорезонатор может использоваться не только для создания приборов для управления скоростью химических реакций, но также для разработки высокоэффективных источников света и новых лазерных устройств с низким порогом генерации управления.
23 ноября 2017, 09:07
МИФИ: неизвестный архив ядерного университета
«Использование этого прибора откроет новые возможности для изучения влияния эффектов сильной и слабой связи на комбинационное рассеяние, скорость химических реакций, электропроводность, лазерную генерацию, безызлучательный перенос энергии и другие физические, химические и биологические функции. Это будет также значительным шагом к разработке разнообразных практических приложений эффекта связи «свет–вещество», прежде всего для модификации физических, химических и биологических процессов», – рассказал РИА Новости научный сотрудник лаборатории Дмитрий Довженко.
НИЯУ МИФИ является участником федеральной программы повышения конкурентоспособности российских вузов (Проект 5-100), цель которой – усиление исследовательского потенциала российских вузов и развитие актуальных научных исследований, интеграция образования, предпринимательства и инноваций, а также продуктивное взаимодействие университетской науки и индустриальных партнеров.
Фотонная ловушка для термояда | Наука и жизнь
Физики создали эффективную установку для нейтрализации отрицательных ионов с помощью фотонов, которую можно использовать в термоядерном реакторе.
Исследователям из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ) удалось разработать принципиально новую нерезонансную установку для накопления фотонов. Она состоит из обычного волоконного лазера и системы вогнутых зеркал, расположенных друг напротив друга.
Исследовательский стенд с фотонной ловушкой.
Автор идеи и руководитель исследований Сергей Попов за работой.
Внутренняя часть фотонной ловушки – «зазеркалье».
‹
›
Открыть в полном размере
Попав между зеркал, фотоны отражаются от них и не могут выйти из ловушки, пока не поглотятся в зеркалах или не уйдут из ловушки. При этом удалось обойти проблемы, свойственные резонансным схемам накопления излучения: нет жесткого условия ни на спектр, ни на точность установки зеркал. Их отклонение даже на несколько градусов не влияет существенно на работу установки.
В ИЯФ создали модель накопителя, зеркала для которой изготовили в Институте лазерной физики СО РАН с участием исследователей Института автоматики и электрометрии СО РАН и ИЯФ. Эксперимент показал, что благодаря хорошему удержанию фотоны испытывают в нем около 1000 отражений, что соответствует времени жизни фотонов порядка 100 наносекунд.
Использовать данный накопитель фотонов планируется для нейтрализации ионов в системе нагрева плазмы термоядерного реактора. В начале февраля исследовательская группа Сергея Попова (ИЯФ) получила рекорд по эффективности нейтрализации пучка – 98%, превзойдя предел, достижимый на других типах нейтрализаторов.
Источником энергии в термоядерном реакторе служит так называемый термоядерный синтез, в котором ядра дейтерия и трития объединяются, образуя ядро гелия. При этом выделяется огромная энергия. Протекает данная реакция только при очень высоких температурах. Поэтому, чтобы запустить реакцию, вещество в реакторе надо сначала нагреть примерно до 150 миллионов градусов, что в десять раз больше, чем в ядре Солнца.
Один из основных способов разогревания плазмы до нужных температур – это бомбардировка её пучком атомов водорода или дейтерия с большой скоростью и, соответственно, энергией. В международном исследовательском термоядерном реакторе ИТЭР, который сооружается во Франции, будут использоваться пучки атомов с энергией 1 мегаэлектронвольт.
Надо подчеркнуть, что здесь нужны именно электрически нейтральные атомы, поскольку плазма удерживается внутри реактора с помощью магнитного поля, которое не пропустит извне заряженные частицы.
Но нейтральные атомы невозможно разогнать в электрическом поле.
Физики нашли решение этой проблемы в использовании трехступенчатого процесса. Сначала нейтральный газ ионизируется присоединением к атомам электронов, затем получившиеся отрицательные ионы ускоряются, и на последнем этапе они нейтрализуются, отдавая лишний электрон.
Для нейтрализации отрицательных ионов обычно используется газовая мишень, представляющая собой струю газа, проходя сквозь которую ионы теряют лишний электрон. Недостаток этого метода в том, что значительная часть отрицательных ионов теряет оба электрона, становясь положительно заряженными частицами, неспособными, как уже говорилось, попасть сквозь магнитное поле в область термоядерной реакции. В результате нейтрализуется лишь около 60% ионов.
В перспективе рассматривается использование плазменной мишени, но и она сможет нейтрализовать не более 80 % частиц. К тому же газ, попадая в реактор, охлаждает плазму.
Все это снижает коэффициент полезного действия установки.
Для нейтрализации ионов можно использовать фотоны, имеющие энергию, достаточную, чтобы «оторвать» лишний электрон, но недостаточную, чтобы ионизировать получившийся нейтральный атом. Этот метод способен обеспечить нейтрализацию практически 100% ионов. Но для этого необходимо обеспечить достаточное количество фотонов на пути ионов.
Подобная задача может быть решена с помощью использования накопителей излучения. Однако для высокоэффективного функционирования традиционных хорошо изученных фотонных накопителей – резонаторов – необходимо соблюсти очень жесткие условия: точно установить зеркала, стабилизировать их и использовать излучение с очень узким спектром. Такие резонаторы очень сложно построить, и пока не существует установок, которые можно было применить на практике.
Предложенная в ИЯФ фотонная ловушка решает эту проблему. Однако её нужно изготовить в натуральную величину и проверить на надежность при использовании мощных пучков.
«Хотя работа стимулирована задачами, связанными с термоядерной энергетикой, такие накопители имеют огромные перспективы для практического применения и в других областях, например, фотохимии, спектроскопии, лазерном разделении изотопов», – сказал автор идеи и руководитель работ Сергей Попов.
По материалам Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН
Новый способ улавливания фотонов раскрывает новое состояние света
Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
Алекс Крючков из Швейцарского федерального технологического института демонстрирует, как свет может улавливаться внутри системы, например, в стеклянной линзе.
(Изображение предоставлено Аленом Херцогом/EPFL)
Физик-теоретик объяснил способ улавливания частиц света, называемых фотонами, даже при комнатной температуре, что, как считалось, возможно только при пронизывающих до костей холодах.
Алекс Крючков, докторант Швейцарского федерального технологического института (EPFL), построил первую количественную математическую модель захвата и конденсации света в реальных условиях.
Свет состоит из крошечных квантовых частиц, называемых фотонами. Одним из наиболее впечатляющих свойств квантовых частиц является то, что они могут конденсироваться или терять свою индивидуальную идентичность и вести себя как клоны друг друга, превращаясь в единую гигантскую волну, называемую конденсатом Бозе-Эйнштейна (БЭК). [Дурацкая физика: самые крутые маленькие частицы в природе]
Обычно это происходит при экстремально низких температурах — меньше микрокельвина или миллионной доли градуса выше абсолютного нуля. Но «одна из самых захватывающих вещей в БЭК света заключается в том, что это происходит при комнатной температуре», — сказал Хенрик Ронноу из EPFL, который не принимал участия в исследовании.
Если бы ученые смогли создать эту волну с помощью фотонов, она могла бы найти значительное применение в технологии лазеров и солнечных батарей.
Хотя Альберт Эйнштейн предсказал БЭК для массивных частиц в 1924, долгое время ученые считали невозможным создание БЭК из света, поскольку фотоны не имеют массы, что является ключевым требованием для конденсата Бозе-Эйнштейна.
«Свет в конце туннеля»
В 2010 году четыре физика из Боннского университета в Германии перевернули это предположение с ног на голову. Ученые — Ян Клаерс, Джулиан Шмитт, Франк Вевингер и Мартин Вейц — успешно сконденсировали фотоны в микрорезонаторе, состоящем из двух зеркальных поверхностей, расположенных близко друг к другу. Фотон, попавший в такую полость, ведет себя так, как если бы он имел массу; другими словами, полость создает «захватывающий потенциал», не давая фотонам ускользнуть.
Однако, чтобы проверить научное открытие, у других должна быть возможность воспроизвести эксперимент. Однако спустя четыре года после успеха 2010 года никто еще не смог сделать то же самое с результатами микрополостей, сказал Крючков.
«Понимание конденсации фотонов было подобно свету в конце туннеля. Экспериментаторы ждали какой-нибудь простой, но эффективной модели, содержащей «рецепт» для «приготовления» световых конденсатов», — сказал он.
Итак, Крючков создал рецепт. Используя математику и опираясь на предыдущие модели, физик разработал теоретическую модель конденсации света в трехмерном пространстве и в реальных условиях.
«Кроме того, я показал, что энергия света может накапливаться в конденсированном состоянии фотонов», — сказал он.
Исследователь говорит, что его модель конденсации фотонов очень хорошо объясняет экспериментальные измерения, показывая, что фотоны действительно могут быть захвачены в состоянии конденсата Бозе-Эйнштейна, а также при комнатной температуре и давлении.
«Теперь действительно можно предсказать поведение системы для других экспериментальных условий. Это также объясняет температурную реакцию экспериментальной установки», — сказал он. «Я показываю все этапы процесса, которые нужно знать, чтобы воспроизвести эти эксперименты»9.
0003
«В принципе, если вы знаете, как обращаться с лазером, не причиняя себе вреда, вы можете проводить эксперименты даже у себя на заднем дворе», — добавил он.
Физик Сергей Катрыч, тоже работающий в EPFL, но не участвовавший в исследовании, сказал, что исследование важно в первую очередь потому, что конденсат фотонов Бозе-Эйнштейна представляет собой совершенно новое состояние света. «В каком-то смысле БЭК света — это мост между светом и материей — мост, неизвестный ранее».
Статья с подробным описанием исследования Крючкова опубликована в журнале Physical Review A.
Следуйте за нами @livescience , Facebook и Google+ . Оригинальная статья о живой науке. Следите за автором в Твиттере @SciTech_Cat .
Новый способ захватывать свет | Новости Массачусетского технологического института
Есть несколько способов «уловить» луч света — обычно с помощью зеркал, других отражающих поверхностей или высокотехнологичных материалов, таких как фотонные кристаллы.
Но теперь исследователи из Массачусетского технологического института открыли новый метод улавливания света, который может найти широкое применение.
Новая система, разработанная с помощью компьютерного моделирования, а затем продемонстрированная экспериментально, противопоставляет световые волны световым волнам: она создает две волны с одинаковой длиной волны, но точно противоположными фазами — одна волна имеет пик, а другая — впадину. — чтобы волны гасили друг друга. Между тем, свет других длин волн (или цветов) может свободно проходить.
Исследователи говорят, что это явление может относиться к любому типу волн: звуковым волнам, радиоволнам, электронам (чье поведение можно описать волновыми уравнениями) и даже волнам в воде.
Об открытии сообщили на этой неделе в журнале Nature профессора физики Марин Солячич и Джон Йоаннопулос, доцент кафедры прикладной математики Стивен Джонсон и аспиранты Чиа Вей Сюй, Бо Чжэнь, Чонвон Ли и Сун-Лян Чуа.
«Для многих оптических устройств, которые вы хотите построить, — говорит Солячич, — включая лазеры, солнечные элементы и оптоволокно, — вам нужен способ ограничить свет».
Чаще всего это достигается с помощью зеркал различных типов, включая как традиционные зеркала, так и более совершенные диэлектрические зеркала, а также экзотические фотонные кристаллы и устройства, основанные на явлении, называемом локализацией Андерсона. Во всех этих случаях прохождение света блокируется: в терминологии физики не существует «разрешенных» состояний, в которых свет продолжал бы свой путь, поэтому он вынужден отражаться.
Однако в новой системе это не так. Вместо этого свет определенной длины волны блокируется деструктивной интерференцией других волн, которые точно не совпадают по фазе. «Это совсем другой способ ограничения света», — говорит Солячич.
Хотя в конечном счете это может найти практическое применение, на данный момент команда сосредоточена на открытии нового, неожиданного явления. «Новые физические явления часто позволяют создавать новые приложения», — говорит Хсу. Возможные применения, предполагает он, могут включать в себя лазеры большой площади и химические или биологические сенсоры.
Исследователи впервые увидели возможность этого явления с помощью численного моделирования; затем предсказание было проверено экспериментально.
С математической точки зрения новое явление — когда одна частота света захватывается, а другие соседние частоты — нет, — это пример «встроенного собственного значения». Это было описано как теоретическая возможность математиком и пионером вычислительной техники Джоном фон Нейманом в 1929 году. Хотя с тех пор физики интересовались возможностью такого эффекта, никто ранее не видел этого явления на практике, за исключением особых случаев, связанных с симметрией.
Эта работа «очень значима, потому что она представляет новый вид зеркала, которое, в принципе, обладает идеальной отражательной способностью», — говорит А. Дуглас Стоун, профессор физики Йельского университета, не участвовавший в этом исследовании. Это открытие, по его словам, «удивительно, потому что считалось, что поверхности фотонных кристаллов по-прежнему подчиняются обычным законам преломления и отражения», но в данном случае это не так.