:quality(70)/cloudfront-eu-central-1.images.arcpublishing.com/irishtimes/5MVQAXK4EBBULPSULBPETLCIGY.jpg)
:quality(70)/cloudfront-eu-central-1.images.arcpublishing.com/irishtimes/UUZYKUWF7CDJD53NFNBRDCXYGU.jpg)
Во-первых, ученые показали, что могут посылать свет сквозь «трещины» во времени.
Новый эксперимент представляет собой поворот на 220-летней демонстрации, в которой свет проходит через две щели в экране, создавая уникальную дифракционную картину в пространстве, в которой пики и впадины световой волны накапливаются или компенсируются. В новом эксперименте исследователи создали аналогичную картину во времени, существенно изменив цвет сверхбольшого лазерного импульса.
Полученные данные открывают путь для достижений в области аналоговых компьютеров, которые управляют данными, напечатанными на лучах света, а не цифровыми битами, и могут заставить такие компьютеры «учиться» на данных. Они также углубляют наше понимание фундаментальной природы света и его взаимодействия с материей.
Для нового исследования, описанного 3 апреля в журнале Nature Physics (Откроется в новой вкладке)Исследователи использовали оксид индия-олова (ITO), который используется в большинстве экранов телефонов. Ученые уже знали, что ITO может изменяться от прозрачного до отражающего в ответ на свет, но исследователи обнаружили, что это происходит намного быстрее, чем считалось ранее, менее чем за 10 фемтосекунд (10 миллионных миллиардных долей секунды).
«Это было очень большим сюрпризом, и сначала мы не могли объяснить это», — сказал ведущий автор исследования. Риккардо Сапиенца (Откроется в новой вкладке), физик из Имперского колледжа Лондона, рассказал Live Science. В конце концов, исследователи выяснили, почему реакция произошла так быстро, изучив теорию того, как электроны в ITO реагируют на падающий свет. «Но нам потребовалось много времени, чтобы понять это».
Обмен временем в пространстве
Английский ученый Томас Янг впервые продемонстрировал волнообразную природу света, используя ставший уже классическим эксперимент с «двумя щелями» в 1801 году. Когда свет падает на экран с двумя щелями, волны меняют направление, так что волны, выходящие из одной щели, пересекаются волны, проходящие через другую. Вершины и основания этих волн либо складываются, либо компенсируются, создавая яркие и темные полосы, называемые интерференционной картиной.
В новом исследовании Сапиенца и его коллеги воссоздали такую интерференционную картину во времени, направив лазерный импульс «накачки» на экран с покрытием ITO. Хотя ITO изначально был прозрачным, свет от лазера изменил свойства электронов внутри материала, так что ITO отражал свет, как зеркало. Последующий «зондовый» лазерный луч попадет на экран ITO с этим временным изменением оптических свойств в виде промежутка времени всего в несколько сотен фемтосекунд. Используя второй импульс лазера накачки, я заставил материал вести себя так, как если бы он имел две щели во времени, аналогично свету, проходящему через две пространственные двойные щели.
В то время как прохождение через обычные пространственные щели заставляет свет менять направление и рассеивать свет, когда свет проходит через эти двойные «временные щели», его частота изменяется, что обратно пропорционально длине волны. Именно длина волны видимого света определяет его цвет.
В новом эксперименте интерференционная картина проявлялась в виде полос или дополнительных пиков в частотных спектрах, которые представляют собой гистограммы интенсивности света, измеренные на разных частотах. Точно так же, как изменение расстояния между пространственными щелями изменяет результирующую интерференционную картину, задержка между временными щелями заставляет расстояние между интерференционными наконечниками в частотных спектрах. Количество полос в этих интерференционных картинах, которые видны до того, как их амплитуда уменьшится до уровня фонового шума, показывает, насколько быстро изменяются свойства ITO; Вещества с медленной реакцией производят меньше обнаруживаемых интерференционных полос.
Это не первый раз, когда ученые выяснили, как манипулировать светом во времени, а не в пространстве. Например, ученые В.Н. Google заявляет, что их квантовый компьютер Sycamore создал кристалл времениновая фаза материи, которая периодически меняется во времени, в отличие от периодического расположения атомов в пространстве.
Андреа Али (Откроется в новой вкладке)физик из Городского университета Нью-Йорка, который не участвовал в этих экспериментах, но проводил отдельные эксперименты, создававшие отражения света во времени, назвал это еще одной «захватывающей демонстрацией» того, как время и пространство взаимозаменяемы.
«Самый важный аспект эксперимента заключается в том, что он показывает, как мы можем переключать диэлектрическую проницаемость. [which defines how much a material transmits or reflects light] Эта статья (ITO) очень быстрая и в большом количестве», — сказал Алу Live Science по электронной почте. Это подтверждает, что этот материал может быть идеальным кандидатом для демонстрации обращения времени и кристаллов времени. «
Исследователи надеются использовать эти явления для создания метаматериалов или структур, предназначенных для изменения пути света особыми и часто сложными способами.
До сих пор эти метаматериалы были статичными, а это означает, что изменение того, как метаматериал влияет на путь света, требует использования совершенно новой архитектуры метаматериала — например, нового аналогового компьютера для каждого типа вычислений, сказал Сапиенца.
«Теперь у нас есть материал, который мы можем воссоздать, а это значит, что мы можем использовать его более чем для одной цели», — сказал Сапиенца. Он добавил, что такая технология может обеспечить нейронные вычисления, имитирующие мозг.
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Скручивание и связывание волн материи с фотонами в полости
Старый космический телескоп «Хаббл» возвращается к жизни после неисправности
Новая модель может объяснить странное поведение в космическом масштабе