Фотонным временным кристаллам предрекли роль лазеров
Израильские физики построили теорию взаимодействия атома с излучением в среде фотонного временного кристалла. Так называют однородный материал, чья диэлектрическая проницаемость периодически меняется во времени с частотой, близкой к частоте распространяющегося в нем света. Они обнаружили, что такие среды способны генерировать узкополосное когерентное излучение, а потому могут стать альтернативной традиционным лазерам. Исследование опубликовано в Science. Благодаря Эйнштейну мы знаем, что пространство и время имеют одинаковую природу. Это побуждает физиков регулярно искать временные аналоги у физических систем, которые каким-либо необычным образом ведут себя в пространстве. Примером этого могут служить кристаллы времени, которые заимствуют у обычных кристаллов периодичность. Так стали называть квантовую систему, которая одновременно находится в основном энергетическом состоянии и испытывает осцилляции.
Впрочем, временные кристаллы были не первыми структурами, кто «обокрал» обычные кристаллы. С конца 80-х годов физики сначала теоретически, а затем и экспериментально стали исследовать распространение света в структурах, периодичных на масштабе длины волны. С подачи Элая Яблоновича их с 1991 года начали называть фотонными кристаллами, чтобы подчеркнуть аналогию между поведением в них фотонов и поведением электронов в обычных кристаллических решетках. Философия фотонных кристаллов строилась вокруг их способности влиять на фотонный вакуум, то есть совокупность разрешенных состояний света, прерываемую фотонными запрещенными зонами. Манипуляции с вакуумом в конечно итоге влияют на излучательные свойства помещенных в них атомов, а также открывают дорогу к исследованию весьма экзотических эффектов. На сегодняшний день фотонные кристаллы стали неотъемлемой частью резонаторных и волноводных технологий.
Про временные аналоги фотонных кристаллов — фотонные временные кристаллы — физики стали говорить в середине 00-х годов. Так стали называть однородные протяженные среды, чей показатель преломления изменяется во времени по периодическому закону. В отличие от кристаллов времени, фотонные временные кристаллы, как и их пространственные аналоги, также призваны модифицировать набор состояний, в которых может находиться свет. Физики активно изучают влияние такой модуляции на преобразование частот, казимирово излучение, подавление отражения и многое другое. По большей части исследования были сконцентрированы на частных вопросах распространения света, в то время как полноценная теория его взаимодействия с атомами или иными излучателями отсутствовала.
Построить такую теорию решили физики из университета Технион в Хайфе при участии Марка Любарова (Mark Lyubarov), сотрудника Университета ИТМО. В рамках классической и квантовой оптики они попытались понять, что произойдет с атомом, помещенным в такую среду. Расчеты показали, что, поскольку для излучения в такой среде не выполняется закон сохранения энергии, фотонный временной кристалл начнет излучать когерентный свет с частотой, равной половине частоты модуляции, причем его интенсивность будет экспоненциально расти. Таким образом, авторы описали когерентный источник с иным, нежели у традиционных лазеров, принципом действия.
Прежде чем переходить непосредственно к атомам, ученым нужно исследовать состояния света, которые поддерживает такая среда. Как и в случае с фотонными кристаллами, отправной точкой для физиков стали уравнения Максвелла. Традиционно решение этих уравнений ищется для стационарного случая (то есть когда зависимость решений от времени имеет простой, осциллирующий с некоторой частотой вид) и представляет собой суперпозицию плоских волн с различными волновыми векторами (функции Блоха). Стоит отметить, что наличие периодической решетки нарушает закон сохранения импульса, вследствие чего волновой вектор перестает быть хорошим квантовым числом. Вместо него физики вводят квазиволновой вектор, который характеризует все состояния.
В фотонном временном кристалле эта схема повторяется с точностью до наоборот: решение представляет собой плоскую волну, чья амплитуда строится в виде суммы осцилляций с различными частотами. Вместо обычной частоты физики использовали для характеризации состояний квазичастоту и рассчитали ее связь с волновым вектором (дисперсионные соотношения). Если в фотонных кристаллах появляется область запрещенных частот (запрещенная зона), то в этом случае возникает область запрещенных импульсов, которыми не могут обладать свободно распространяющиеся фотоны. Примечательно, что квазичастота в этой области приобретает мнимую часть, которая может быть как положительной, так и отрицательной. Физически это означает, что запрещенные моды могут быть, как ослаблены, так и усилены. В последнем случае усиливающиеся моды черпают энергию из модуляции среды, которая предполагается достаточно сильной, чтобы оставаться постоянной.
Чтобы проверить, действительно ли так можно генерировать свет, авторы рассмотрели классический диполь, излучающий в фотонном временном кристалле. Результаты расчетов показали, что на какой частотой не излучал бы диполь, его собственное поле затухнет, но вызовет экспоненциально-осциллирующий рост интенсивности моды, расположенной в середине запрещенной зоны. С течением времени спектральная ширина этого света будет только сужаться.
Следом физики проквантовали свою задачу. Вместо диполя они рассмотрели двухуровневый атом, а вместо классического поля ввели операторы рождения и уничтожения фотонов. На этом этапе возникла трудность, связанная с тем, что в построенном гамильтониане отсутствовали запрещенные моды, хотя именно они играют важную роль во всем процессе. Исследователи увидели, что из-за их экспоненциального роста излучение атома сложно разделить на спонтанное и вынужденное, даже если частота его излучения расположена в разрешенной области.
Исключение возникает тогда, когда скорость, с которой атом релаксирует, больше, чем скорость роста числа фотонов в запрещенной моде. Анализируя то, как меняется характер спонтанного излучения при смещении его частоты, физики пришли к парадоксальному выводу: при ее приближении к запрещенной частоте, скорость релаксации атома стремится к нулю. Другими словами, атом или наноантенна, чья частота излучения будет равна половине частоты модуляции фотонного временного кристалла, навсегда останется в возбужденном состоянии, в то время как сама среда начнет активно излучать.
Для реализации описанных явлений на практике потребуется очень быстрое и синхронное изменение свойств всей среды. Для излучения в ближнем инфракрасном диапазоне период модуляции должен исчисляться фемтосекундами с амплитудой изменения диэлектрической проницаемости материала порядка одной десятой. У физиков пока нет материалов, способных на такие быстрые изменения, однако ожидается, что метаматериалы с близким к нулю показателем преломления смогут в будущем удовлетворить этим требованиям.
Источник
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
Отправить донат на поддержку проекта "Аномальные новости"
Меню
Архив материалов
Проекты наших читателей
Контакты исследователей
Подписка на новости
Проекты
Новости криптозоологии
Хроники природных катастроф
Новости
26.02.2002 - 05.07.2002
05.08.2002 - 23.10.2002 (562)
24.10.2002 - 17.01.2003 (585)
20.01.2003 - 07.04.2003 (709)
08.04.2003 - 01.08.2003 (709)
04.08.2003 - 18.11.2003 (763)
19.11.2003 - 31.03.2004 (721)
01.04.2004 - 13.08.2004 (825)
16.08.2004 - 22.11.2004 (782)
23.11.2004 - 28.03.2005 (756)
29.03.2005 - 29.07.2005 (807)
30.08.2005 - 02.12.2005 (927)
05.12.2005 - 21.04.2006 (912)
24.04.2006 - 23.10.2006 (999)
24.10.2006 - 03.05.2007 (999)
04.05.2007 - 28.01.2008 (999)
29.01.2008 - 12.01.2009 (999)
13.01.2009 - 07.07.2009 (966)
22.08.2009 - 21.01.2010 (996)
22.01.2010 - 22.06.2010 (1000)
23.06.2010 - 14.01.2011 (1042)
17.01.2011 - 31.05.2011 (1008)
01.06.2011 - 03.11.2011 (1003)
07.11.2011 - 16.03.2012 (996)
19.03.2012 - 09.06.2012 (1009)
13.06.2012 - 07.09.2012 (988)
10.09.2012 - 19.11.2012 (1004)
20.11.2012 - 14.01.2013 (1015)
15.01.2013 - 22.02.2013 (1000)
23.02.2013 - 08.04.2013 (991)
09.04.2013 - 31.05.2013 (1015)
01.06.2013 - 18.07.2013 (992)
19.07.2013 - 03.09.2013 (1014)
04.09.2013 - 20.10.2013 (1001)
21.10.2013 - 02.12.2013 (1001)
03.12.2013 - 18.01.2014 (997)
19.01.2014 - 07.03.2014 (994)
08.03.2014 - 24.04.2014 (1000)
25.04.2014 - 18.06.2014 (1005)
19.06.2014 - 15.08.2014 (1019)
16.08.2014 - 07.10.2014 (1006)
08.10.2014 - 16.11.2014 (995)
17.11.2014 - 25.12.2014 (1004)
26.12.2014 - 09.02.2015 (989)
10.02.2015 - 20.03.2015 (998)
21.03.2015 - 22.04.2015 (1001)
23.04.2015 - 29.05.2015 (997)
29.05.2015 - 30.06.2015 (995)
30.06.2015 - 29.07.2015 (990)
29.07.2015 - 26.08.2015 (998)
27.08.2015 - 24.09.2015 (988)
25.09.2015 - 22.10.2015 (991)
23.10.2015 - 18.11.2015 (1000)
18.11.2015 - 16.12.2015 (990)
17.12.2015 - 23.01.2016 (1000)
24.01.2016 - 25.02.2016 (1000)
26.02.2016 - 24.03.2016 (1000)
24.03.2016 - 16.04.2016 (990)
17.04.2016 - 19.05.2016 (999)
20.05.2016 - 22.06.2016 (993)
23.06.2016 - 01.08.2016 (995)
02.08.2016 - 12.09.2016 (990)
13.09.2016 - 25.10.2016 (989)
26.10.2016 - 05.12.2016 (995)
06.12.2016 - 15.01.2017 (995)
16.01.2017 - 23.02.2017 (990)
24.02.2017 - 03.04.2017 (994)
04.04.2017 - 18.05.2017 (1000)
19.05.2017 - 05.07.2017 (1000)
06.07.2017 - 24.08.2017 (1000)
25.08.2017 - 06.10.2017 (991)
07.10.2017 - 15.11.2017 (990)
16.11.2017 - 24.12.2017 (1000)
25.12.2017 - 04.02.2018 (990)
05.02.2018 - 17.03.2018 (1000)
18.03.2018 - 02.05.2018 (990)
03.05.2018 - 11.06.2018 (1000)
12.06.2018 - 18.07.2018 (990)
19.07.2018 - 24.08.2018 (1000)
25.08.2018 - 02.10.2018 (1000)
03.10.2018 - 07.11.2018 (990)
08.11.2018 - 13.12.2018 (990)
14.12.2018 - 23.01.2019 (1000)
24.01.2019 - 02.03.2019 (1000)
03.03.2019 - 12.04.2019 (1010)
13.04.2019 - 23.05.2019 (990)
24.05.2019 - 03.07.2019 (1000)
04.07.2019 - 11.08.2019 (1000)
12.08.2019 - 16.09.2019 (990)
17.09.2019 - 26.10.2019 (1000)
27.10.2019 - 12.12.2019 (1000)
13.12.2019 - 25.01.2020 (1000)
26.01.2020 - 06.03.2020 (990)
07.03.2020 - 16.04.2020 (1010)
17.04.2020 - 19.05.2020 (1000)
20.05.2020 - 25.06.2020 (990)
26.06.2020 - 04.08.2020 (995)
05.08.2020 - 16.09.2020 (1005)
17.09.2020 - 26.10.2020 (990)
27.10.2020 - 27.11.2020 (990)
28.11.2020 - 07.01.2021 (990)
08.01.2021 - 15.02.2021 (1000)
16.02.2021 - 31.03.2021 (1000)
01.04.2021 - 12.05.2021 (1000)
13.05.2021 - 14.06.2021 (990)
15.06.2021 - 26.07.2021 (980)
27.07.2021 - 31.08.2021 (990)
01.09.2021 - 07.10.2021 (1000)
08.09.2021 - 07.11.2021 (1000)
08.11.2021 - 10.12.2021 (1000)
11.12.2021 - 24.01.2022 (990)
25.01.2022 - 04.03.2022 (1000)
05.03.2022 - 10.04.2022 (990)
11.04.2022 - 17.05.2022 (1000)
18.05.2022 - 23.06.2022 (980)
24.06.2022 - 31.07.2022 (990)
01.08.2022 - 13.09.2022 (990)
14.09.2022 - 21.10.2022 (990)
22.10.2022 - 29.11.2022 (1000)
30.11.2022 - 22.01.2023 (1000)
23.01.2023 - 02.03.2023 (990)
03.03.2023 - 21.04.2023 (1000)
22.04.2023 - 13.06.2023 (990)
14.06.2023 - 02.08.2023 (1000)
03.08.2023 - 21.09.2023 (1000)
22.09.2023 - 06.11.2023 (990)
07.11.2023 - 24.12.2023 (990)
25.12.2023 - 18.02.2024 (1000)
19.02.2024 - 05.04.2024 (990)
06.04.2024 - 25.05.2024 (1000)
26.05.2024 - 26.07.2024 (1000)
26.07.2024 - 25.08.2024 (990)
26.08.2024 - 28.09.2024 (980)
29.09.2024 - 01.11.2024 (1000)
02.11.2024 - 02.12.2024 (980)
03.12.2024 - 08.01.2025 (990)
09.01.2025 - 09.02.2025 (1000)
10.02.2025 - 20.03.2025 (1000)
21.03.2025 - 03.05.2025 (990)
04.05.2025 - 19.06.2025 (990)
20.06.2025 - 07.08.2025 (990)
08.08.2025 - 26.09.2025 (1000)
27.09.2025 - 15.11.2025 (1000)
16.11.2025 - 09.01.2026 (1000)
10.01.2026 - 03.03.2026 (1000)
04.03.2026 - 22.04.2026 (1000)
23.04.2026 - 04.06.2026 (990)
05.06.2026 - 25.07.2026 (1000)
26.07.2026 - 13.09.2026 (1000)
14.09.2026 - ...
Статьи
Статьи: раздел 1 (1024)
Статьи: раздел 2 (1006)
Статьи: раздел 3 (1000)
Статьи: раздел 4 (1044)
Статьи: раздел 5 (1001)
Статьи: раздел 6 (1000)
Статьи: раздел 7 (1000)
Статьи: раздел 8 (1013)
Статьи: раздел 9 (1000)
Статьи: раздел 10 (1000)
Статьи: раздел 11 (329)
Статьи: раздел 12 (1000)
Статьи: раздел 13 (730)
Лента новостей

Адаптация о расследовании аномальных явлений

Будет ли конец света из-за ИИ

Гробница с таинственным порталом в загробный мир

Древний подводный город недалеко от Ноева ковчега

Земные микроорганизмы выжили в океане Энцелада

Исторический запуск SpaceX отслеживал НЛО

Каменные круги неизвестного происхождения нашли в Андах

Коляска сама катится по полу в пабе Англии

Коралловые рифы Марса рассказали о климате

Космоплан отработал операции по захвату спутника

Нападение призрака на Мальте

Научные исследования неопознанных явлений

НЛО замечен во время прямой трансляции SpaceX

НЛО, оккультные ритуалы и контроль сознания

Планеты-изгои способны формировать звезды

Сериал по мотивам мемуаров о НЛО

Таинственная карта точно указывает положение Эдема

Таинственные сферы неоднократно видели в Вайоминге

Ткань охлаждает тело и вырабатывает электричество

Уфологи тщательно изучают план Трампа

Австралийка сфотографировала руку йети

Бренд напитков назначил награду за бигфута

Гигантский лазерный луч наблюдали в Канзасе

Девушка-призрак гладит лошадь

Делает ли ИИ нас умнее или более зависимыми

Женщина доверилась мошеннику-экстрасенсу

За кулисами нового лабиринта ужасов

Земля будет уничтожена астероидом в 2027 году

ИИ формирует детей, а если наоборот

Коннектикут создал тропу привидений

Места в книгах не всегда можно найти в реальности

Место упокоения Ноева ковчега подтверждено

Обнаружена удивительно упорядоченная экзопогода

Огромный новый кратер обнаружили на Луне

Пентагон объявляет о юридическом отказе

Пентагон раскрыл бой с НЛО над Оманским заливом

Поразительные данные о молекулах внутри метеорита

Черные дыры подчиняются одному правилу

Что древние марсианские породы могут рассказать

Является ли темная материя естественной

Аргентинский пилот рассказал о загадочном трио огней

В Парагвае сфотографировали летающую тарелку

В театре Индианы сняли призрачные фигуры

Группа Несси замечена в озере Лох-Несс

Загадочное существо, снятое в Южной Дакоте

Загадочный звук сбивает с толку жителей Милуоки

Как перепрограммировать ваш мозг

Космонавт не встречал инструкций про НЛО

Миссури создается 'Паспорт паранормальных явлений'

Над Техасом сняли НЛО в форме кольца

Полости и органический слой под холмом Арарата

Похищения инопланетянами и НЛО

Предсказателя судьбы обвинили в краже криптовалюты

Презентация о Фармингтонской армаде НЛО

Происхождение ДНК Туринской плащаницы

Проклятие, наложенное на семью

Разоблачитель делится теорией об инопланетянах

Сообщения о появлении бигфута в Кентукки

Четыре странных НЛО, снятых над канадским озером

Шесть сфер над Ближним Востоком

Адаптация истории инсайдера об НЛО

Данные о количестве карликовых галактик не верны

Действия правительства США по сокрытию НЛО

За кулисами частного семинара AARO по НЛО

Загадочное свечение над Тегераном

Загадочные красные огни над российским городом

Заявления о нечеловеческом интеллекте

Инопланетяне хотят заполучить наши гены

Мемуары бывшего сотрудника Пентагона по НЛО

Мир рухнет менее чем через 25 лет

Миссия охотника за экзопланетами продлена на 10 лет

Мюонные кольца позволяют откалибровать телескопы

Однодневные поездки в Розуэлл

Океан Энцелада может быть обитаем

Побит рекорд самой молодой из известных планет

Поиски Ноева ковчега принимают неожиданный оборот

Правительство США обнаружило инопланетный корабль

ЦРУ утверждает, что Иисус предсказал конец света

Экранизация мемуаров инсайдера об НЛО

Экстремальные выбросы газа из мертвых галактик

Башня с парящим над ней золотым шаром на Луне

В средневековом мире тоже были дипфейки

ВМС США опубликовали огромный архив по НЛО

Джеффри Эпштейн запрашивал ЦРУ о себе

ДНК обнаружили на Туринской плащанице

Древняя база пришельцев около Японии

Круглые пирамиды обнаружены на Марсе

Лилипуты живут на Марсе

НЛО в форме пирамиды над Бразилией

Новое исследование посвященное провалам ЦРУ

Пропавших нижегородцев могли похитить пришельцы

Рядом с орбитальным модулем Аполлон-10 видны НЛО

Светящиеся огни, замеченные рыбаками

Современные операционные системы шпионят за нами

Таинственная сила, разъедающая всё

Теневые доказательства. НЛО, призраки и ИИ

Три видео и крупные планы НЛО

Уфологи объяснили красное НЛО в небе над Угличем

Шар внезапно разворачивается на 180 градусов

Эволюционный взгляд на социализм

АНБ обнаружило документ, связанный с QAnon

Двухголовую черепаху обнаружили в Массачусетсе

Добро пожаловать в новый мир ИИ

Загадочный НЛО замечен над Ираном

Зарегистрировали радиоизлучение от экзопланеты

Конгрессмен выдвинул свою версию НЛО над Ираном

Меретнейт была женщиной-фараоном Древнего Египта

На Луне недостаточно воды

Неожиданно сложная водная история Марса

Обновления в работе ИИ воспринимаются как утрата

Океаны ледяных лун пережили столкновения

Проклятие гробницы Тутанхамона

Пролили свет на природу космических ливней

Путешествия во времени не нарушают законы Реальности

Реальные Аддамсы позволяют детям играть с привидениями

Сложные углеродные соединения в космосе

Снег, муссоны, океаны смещают центр масс Земли

Студенты продолжают использовать ИИ для обучения

У красного карлика впервые нашли субнептун

Черная дыра скрывает свое бурное поведение

Возможность обнаружения крошечных спутников у экзопланет

Галактики образуют пузырь в ранней Вселенной

Злобные инопланетяне не нападут на Землю

Иранская небесная сага

Круг поиска иммитаторов черных дыр сужается

Меркурий сжался на 40 % сильнее, чем считалось

Мой последний роман посвящен похищениям

Обнаружена самая молодая экзопланета

Операции по удалению катаракты в космосе

Определили ключевые параметры ранней Вселенной

Охота за призраком Джона Уэйна в популярном отеле

Пентагон рассекретил новые файлы об НЛО

Первый в мире бой человека против робота

Поиск океанов на далеких планетах

Разоблачили звезду, которая притворялась сверхновой

Секретные встречи с ведущими пасторами США

Семейство Лох-Несских чудовищ заметили из космоса

Серебряный шар заметили в пустыне Мохаве

Таинственный объект завис над Тегераном

Трамп создает правовую лазейку для инсайдеров

Культурная и событийная жизнь города. Готовые сценарии досуга для интеллектуальной аудитории

Агент ЦРУ видел древние города Марса

Бывший президент ФИДЕ рассказал о встречах с НЛО

Два слова помогли остановить похищения людей

Загадочные огни в ночном небе Тегерана

Загадочный НЛО бесшумно парит над Ираном

Иисус остановит инопланетян

Контактеры страдали от кошмаров и лучевой болезни

Лазерная дальнометрия астероида

Наблюдаемые необычные объекты были беззвучными

Над иранским Тегераном замечен светящийся НЛО

Над Тегераном заметили загадочные огни

Необъяснимые огни над Тегераном

Новый атлас поверхности Фобоса

Огни над Тегераном привели в замешательство

Разноцветные огни вызывают споры

Странные огни над Тегераном породили слухи

Таинственные огни над Тегераном

У звезд вокруг черных дыр нет компаньонов

Черные сферы на Онежском озере

Я расследовал 700 случаев похищения людей НЛО

Принцип работы и сфера применения илососа

В гробнице Тутанхамона обнаружена потайная комната

Водный потоп на Земле может начаться неожиданно

Галактика, в которой почти нет звезд

Дроны на видео Пентагона 1952 года

Коалиция разоблачителей призывает раскрыть секреты

Конец света наступит через несколько недель

НАСА внедряет ИИ в изучение Луны

НЛО - секретные сверхтехнологии

Новая война в космосе уже началась

Первые вспышки звездообразования во Вселенной

Разоблачители просят у Трампа иммунитет

Спятивший ИИ изобрел собственный язык

Странные следы, обнаруженные на Марсе

Странный мир раскаленного льда

Странный предмет на фотографии 1936 года

Таинственные тарелки, описывающие круги

Уфологическое собрание на Аляске

Факты, вымысел и летающие объекты

Что на самом деле взошло над Петрозаводском

Что образует активные овраги на Марсе

Аппарат в форме НЛО поступил в продажу

Аудиозапись брифинга по проекту 'Синяя книга'

Белый дом публикует фильм о НЛО в штате Юта

Видео c НЛО на Ближнем Востоке

Наверх
Яндекс.Метрика