Кафедра інформатики КПНУ ім. І. Огієнка

Studies in tota vita

У 1905 році Альберт Ейнштейн, спостерігаючи фотоелектричний ефект, при якому атоми деяких металів випускають вільні електрони під впливом падаючого на них світла, прийшов до висновку про те, що промінь світла є не просто вільним електромагнітним випромінюванням, він складаються з дискретних "енергетичних хвильових пакетів" , званих фотонами. Згодом цей принцип був прийнятий у фізиці, але до останнього часу нікому ще не вдавалося безпосередньо спостерігати так званий дуалізм, одночасне володіння властивостями хвилі і частинки, фотона світла. А недавно, вчені з Швейцарського федерального політехнічного університету Лозанни (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL), Швейцарія, в ході досить складного експерименту вперше в історії отримали знімок цього явища.

У своєму експерименті група, очолювана професором Фабріціо Карбоне (Fabrizio Carbone), використовувала надзвичайно короткий імпульс світла фемтосекундного лазера, спрямований на крихітні срібні нанопровідники, розташовані на поверхні графену, який виступав у ролі електричного ізолятора. Лазерне світло накачував енергією цю систему, яка впливала на заряджені частинки в нанопровідники, змушуючи їх вібрувати, в результаті чого нанопровідники перетворився на квазіодномірних плазмонів наноантенн.

Іншими словами, срібний нанопровідники діяв як крихітна антена, яка випромінює пакети електромагнітних хвиль, характеристики яких залежали від характеристик світла лазерного збудження. За рахунок такої взаємодії між матерією і світлом, лазерне світло починав коливатися між двома кінцями наноантени, що призвело до появи так званих плазмонів поляритонов, електромагнітних хвиль, які поширюються уздовж поверхні переходу метал-повітря або метал-діелектрик.

Світло, що потрапив в область поляритону, почав поширюватися у двох протилежних напрямках. Відбившись від кінців нанопровідники, це світло перетнувся біля його середини, сформувавши стоячу хвилю. Ця стояча хвиля, що оперізує середину нанопровідники, і стала джерелом світла, використовуваного в експерименті. Після цього дослідники націлили промінь електронів в область стоячої хвилі світла навколо нанопровідники. Коли електрони потрапляли в цю область, вони стикалися з окремими фотонами світла, прискорюючись в результаті придбання енергії від зіткнення, або вповільнюючись в результаті втрати частини енергії.

Потім, за допомогою спеціального фільтра, вчені вибрали тільки ті електрони, які прискорилися, тобто придбали додаткову енергію в результаті зіткнення з фотонами.Промінь відфільтрованих електронів був сфокусований на датчику інструменту надшвидкісний електронної мікроскопії (UTEM, ultrafast transmission electron microscopy), який створив зображення, візуалізується безліч енергетичних станів потрапляють в нього електронів. І через деякий час інструмент UTEM відтворив повну картину стоячої хвилі, роблячи видимої саму фізичну природу хвилі світла.

Одночасно з цим, отримане зображення "висвітило" корпускулярну сторону природи світла, демонструючи, що зміни у швидкості взаємодіючих з фотонами електронів мають також Дискретизований характер, відповідний "квантам" енергії, переданим від фотонів до електронів. Це, в свою чергу, послужило доказом того, що світло, що рухається по поверхні нанопровідника, поводиться як частинки.

"Наш експеримент доводить, що ми маємо можливість побачити безпосередньо квантову механіку і її парадоксальний характер" - розповідає професор Карбоне, - "Можливість побачити і контролювати квантові явища на субнанометровом масштабі відкриває для нас абсолютно нову дорогу на шляху до реалізацій технологій квантових обчислень".

Джерело:http://www.dailytechinfo.org/

Gravatar

Comments

Comments are closed on this post.