Un dispozitiv mai mic decât un fir de păr ar putea revoluționa fizica

Cercetătorii de la Institutul Politehnic Rensselaer (New York, SUA) au creat un dispozitiv mai mic decât un fir de păr uman, care îi va ajuta pe fizicieni să investigheze natura fundamentală a materiei și a luminii.

Descoperirile lor, publicate în revista Nature Nanotechnology, ar putea, de asemenea, să sprijine dezvoltarea unor lasere mai eficiente, care sunt utilizate în domenii care variază de la medicină la producție.

• Cum a ajuns un român să fie condamnat degeaba la închisoare în Belgia?
• Ce pot face românii cu brazii de Crăciun?

Dispozitivul este realizat dintr-un tip special de material numit izolator topologic fotonic.

Un izolator topologic fotonic poate ghida fotonii, particulele ondulatorii care alcătuiesc lumina, către interfețe special concepute în interiorul materialului, împiedicând în același timp ca aceste particule să se împrăștie prin materialul însuși.

Datorită acestei proprietăți, izolatorii topologici pot face ca mai mulți fotoni să acționeze în mod coerent ca un singur foton.

Dispozitivele pot fi, de asemenea, utilizate ca ,,simulatoare cuantice” topologice, laboratoare miniaturale în care cercetătorii pot studia fenomenele cuantice, adică legile fizice care guvernează materia la scări foarte mici.

Un dispozitiv cât un fir de păr uman

,,Izolatorul topologic fotonic pe care l-am creat este unic. Acesta funcționează la temperatura camerei. Acesta este un progres major. Anterior, se putea investiga acest regim doar cu ajutorul unor echipamente mari și costisitoare care supraîncălzesc materia în vid. Multe laboratoare de cercetare nu au acces la acest tip de echipament, așa că dispozitivul nostru ar putea permite mai multor persoane să urmărească acest tip de cercetare de fizică de bază în laborator”, a declarat Wei Bao, profesor asistent în cadrul Departamentului de Știința și Ingineria Materialelor de la RPI și autor principal al studiului din Nature Nanotechnology.

,,Este, de asemenea, un pas înainte promițător în dezvoltarea de lasere care necesită mai puțină energie pentru a funcționa, deoarece pragul dispozitivului nostru la temperatura camerei – cantitatea de energie necesară pentru a-l face să funcționeze – este de șapte ori mai mic decât dispozitivele dezvoltate anterior la temperaturi scăzute”, a adăugat Bao.

Cercetătorii de la RPI au creat noul lor dispozitiv cu ajutorul aceleiași tehnologii utilizate în industria semiconductorilor pentru fabricarea microcipurilor, care presupune stratificarea diferitelor tipuri de materiale, atom cu atom, moleculă cu moleculă, pentru a crea o structură dorită cu proprietăți specifice, scrie EurekAlert.

Natura fundamentală a materiei și a luminii

Pentru a crea dispozitivul, cercetătorii au cultivat plăci ultra-subțiri de perovskit de halogenură, un cristal fabricat din cesiu, plumb și clor, și au gravat un polimer deasupra cu un model. Aceștia au așezat aceste plăci de cristal și polimerul între foi de diferite materiale de oxid, formând în cele din urmă un obiect cu o grosime de aproximativ 2 microni și o lungime și lățime de 100 de microni (părul uman mediu are o lățime de 100 de microni).

Când cercetătorii au îndreptat o lumină laser asupra dispozitivului, un model triunghiular strălucitor a apărut la interfețele proiectate în material. Acest model, dictat de designul dispozitivului, este rezultatul caracteristicii topologice a laserelor.

,,Faptul că putem studia fenomenele cuantice la temperatura camerei este o perspectivă interesantă. Activitatea inovatoare a profesorului Bao arată cum ingineria materialelor ne poate ajuta să răspundem la unele dintre cele mai mari întrebări ale științei”, a declarat Shekhar Garde, decanul Școlii de Inginerie RPI.

Vă recomandăm să mai citiți și:

Cel mai puternic laser din lume se află în România și atinge „un nivel excepțional de performanță”

Laserul gravitațional, posibil acum datorită marilor descoperiri ale lui Einstein

Un start-up japonez vrea să vaporizeze gunoaiele de pe orbita Pământului cu lasere de la sol

Descoperire majoră în tehnologia armelor energetice! Armata Chinei ar fi reușit să creeze lasere infinite