В России создали детекторы одиночных фотонов, работающие при комнатной температуре

22 сен

19:38

Здание Сколтеха. Фото https://cdn.the-village.ru/the...

Работа этого детектора фотонов основывается на появлении в толще полупроводникового полимерного материала так называемых экситон-поляритонов.

МОСКВА, 22 сентября. /ТАСС/. Российские физики выяснили, что полимерные полупроводники можно использовать для создания дешевых детекторов одиночных фотонов, способных работать при комнатной температуре. Результаты первых экспериментов с этими приборами были раскрыты в статье в журнале Nature.

"Быстрое развитие органической поляритоники в последние годы открыло дорогу для создания полностью оптических логических схем, работающих при комнатной температуре. Наши опыты продемонстрировали возможность их работы на уровне одиночных частиц света", - пишут исследователи.

Работа этого детектора фотонов основывается на появлении в толще полупроводникового полимерного материала так называемых экситон-поляритонов. Так физики называют особые квазичастицы, представляющие собой комбинацию из электрона и "дырки", положительного заряда, а также электрона и частицы света.

В прошлом ученые считали, что подобные структуры могут существовать лишь при температурах, близких к абсолютному нулю, однако российским физикам удалось несколько лет назад показать, что они могут возникать и при комнатной температуре, а также создать первый лазер на основе этих квазичастиц.

Группа российских физиков под руководством Павлоса Лагудакиса, профессора "Сколтеха", уже долгое время работает над использованием этих квазичастиц для создания своеобразного оптического аналога транзисторов, способных реагировать на изменения в количестве поступающих в них фотонов и менять свои свойства.

Основа компьютеров будущего

Недавно Лагудакису и его коллегам удалось реализовать эту идею на практике при помощи полимерного материала MeLPPP, чьи молекулы особенно эффективно взаимодействуют со светом. Исследователи подготовили тонкий слой из этого органического полупроводника и вставили его в пространство между двумя миниатюрными зеркалами из кварца и оксида таллия.

После этого они подсветили эту конструкцию при помощи лазера и начали наблюдать за тем, как она реагировала на импульсы излучения разной мощности. Эти наблюдения неожиданным образом показали, что созданные физиками структуры заметным образом меняли свои свойства даже в том случае, если вспышки лазера содержали в себе лишь одну частицу света.

Как предполагают физики, это связано с тем, что экситон-поляритоны внутри полупроводникового материала находятся в особом состоянии, которое напоминает по своим свойствам так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна. Он представляет собой экзотическую форму материи, которая состоит из множества атомов или других частиц, охлажденных почти до абсолютного нуля.

В соответствии с законами квантовой физики, их облако ведет себя как один гигантский атом, в том числе и при взаимодействиях со светом. Характер этих взаимодействий сильно различается для разного числа фотонов, что позволяет с достаточно большой долей вероятности отследить попадание даже одиночной частицы света внутрь полимерного материала.

Подобная особенность разработки Лагудакиса и его коллег позволяет использовать ее в качестве дешевых детекторов небольших групп фотонов, а также в качестве сверхбыстрых и чувствительных оптических транзисторов. Как надеются ученые, совершенствование конструкции этого прибора позволят им повысить надежность распознавания одиночных частиц света, что расширит их применение при создании квантовых и световых компьютеров.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/12...

Почему всё в нашем беспокойном мире происходит именно так, как это есть по факту? Ответы на этот вопрос можно найти в ЗАКРЕПЛЁННОМ комментарии.