科學家研制出獨一無二的“光捕捉器”

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科學家創造了獨一無二的“光捕捉器” - 俄羅斯衛星通訊社
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由國家核研究大學莫斯科物理工程學院教授尤里·拉科維奇領導的科學團隊首次研發出可調式微諧振器,它用於在光和物質之間建立混合能態,利用光可以控制分子的化學和生物性質。研究成果發佈在權威科學雜誌《Review of Scientific Instruments》中。文章作為特別傑出著作被收錄(Editor's Pick)。

所研發出的微諧振器是光捕捉器,採用兩面鏡子的形式,鏡子之間的相互距離為幾百納米。當光量子射入這個捕捉器,它就形成電磁波的定域態。通過改變諧振器的形式和大小可以控制諧振器中電磁波的空間分布和光子的壽命。

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新的發明可以利用光控制分子的化學和生物性質。研究的實際意義在很大程度上由研發結構的獨特性確定。基於所創造的微諧振器可以制出新一代的儀器用於生物化學感測、控制化學反應的速度和能量轉移的效率。

研發作者向俄羅斯衛星通訊社解釋說,儀器結構的新穎性、有效性和多用性,以及研究使用的微諧振器性能的獨特性使其獲得很高的評價。

光和物質

首先,得益於可以控制光-物質混合態的性質,量子輻射器和定域電磁場之間的共振相互作用令人感興趣。在這個系統中光和物質形成某種中間狀態,並具有不停變化的性質。而且,利用光學輻射(光)可以對混合態的性質進行控制。獲得這些狀態其中之一的方式--將輻射或吸收分子放入諧振器中。

根據科學家所說,由於可以在紫外線和紅外光輻射光譜範圍中在強弱聯繫模式下對任意物質的樣品進行光和物質相互作用的研究,可調式微諧振器的結構實質上可以簡化並拓寬研究。

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國家核研究大學莫斯科物理工程學院混合光子納米材料實驗室領隊科學家、教授尤里· 拉科維奇向俄羅斯衛星通訊社介紹說,儀器為法布利-佩羅微諧振器(λ2),它由一塊平面鏡和凸面鏡構成,通過對模體積的最小化,可以保證平面中至少一個點的平面平行性。這個就是光捕捉器,採用兩塊鏡子的形式,鏡子間的相互距離小於一個光波長度。

當光量子射入這個捕捉器或在諧振器內部用光源進行輻射,光量子開始出現活躍的振蕩,反復被鏡子反射。因此,可以實現光子和微諧振器自身能態之間的聯繫。

尤里·拉科維奇還提到,通過改變諧振器的形式和大小、以及鏡子的反射率,可以控制光的性質和捕捉器的效率。

從模型到工業生產

研發出的微諧振器便於推廣,它的製造足夠簡單,可以對其進行工業生產。微諧振器不僅可以用於製造控制化學反應速度的儀器,還可以用於研制高效光源和新型激光裝置,並具有較低的控制振蕩臨界。

實驗室研究員德米特里·多夫任科向俄羅斯衛星通訊社介紹說,利用這個儀器可以開創新的方式來研究強弱聯繫效果對組合散射、化學反應速度、導電性、激光振蕩、能量無輻射轉移、以及其他物理、化學和生物功能的影響。同時,這將是對光-物質聯繫效果的各種實際應用進行研究邁出的重要一步,優先用於改變物理、化學和生物過程。

國家核研究大學莫斯科物理工程學院是提高俄羅斯大學競爭力規劃項目"5-100計劃"的參與方。項目目的在於加強俄羅斯大學的研究潛力、發展具有現實意義的科學研究、實現教育、企業經營和創新的一體化、以及大學科學和行業合作夥伴的相互協作。

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