Войти
Фотонные молекулы - теоретическая естественная форма материи, которая также может быть создана искусственно в которые фотоны связываются вместе с образованием «молекул ». Впервые они были предсказаны в 2007 году. Фотонные молекулы образуются, когда отдельные (безмассовые) фотоны «взаимодействуют друг с другом настолько сильно, что действуют так, как будто у них есть масса». В альтернативном определении (которое не эквивалентно) фотоны, ограниченные двумя или более связанными оптическими полостями, также воспроизводят физику взаимодействующих уровней энергии атомов и были названы фотонными молекулами.
Исследователи провели аналогии между явлением и вымышленным «световым мечом » из Звездных войн.
Газообразные атомы рубидия были закачаны в вакуумную камеру. Облако охлаждали с помощью лазеров до температуры всего на несколько градусов выше абсолютного нуля. Используя слабые лазерные импульсы, небольшое количество фотонов было выпущено в облако.
Когда фотоны входили в облако, их энергия возбуждала атомы на своем пути, заставляя их терять скорость. Внутри облачной среды фотоны дисперсионно связываются с сильно взаимодействующими атомами в высоковозбужденных ридберговских состояниях. Это заставило фотоны вести себя как массивные частицы с сильным взаимным притяжением (молекулы фотонов). В конце концов фотоны вышли из облака вместе как обычные фотоны (часто запутанные попарно).
Эффект вызван так называемой блокадой Ридберга, которая в присутствии одного возбужденного атома, предотвращает возбуждение соседних атомов в одинаковой степени. В этом случае, когда два фотона входят в атомное облако, первый возбуждает атом, аннигилируя при взаимодействии, но переданная энергия должна двигаться вперед внутри возбужденного атома, прежде чем второй фотон сможет возбудить соседние атомы. По сути, два фотона толкают и тянут друг друга через облако, поскольку их энергия передается от одного атома к другому, заставляя их взаимодействовать. Это фотонное взаимодействие опосредовано электромагнитным взаимодействием между фотонами и атомами.
Взаимодействие фотонов предполагает, что этот эффект может быть использован для создания системы, которая может сохранять квантовую информацию, и обрабатывать его с помощью квантовых логических операций.
Система также может быть полезна в классических вычислениях, учитывая гораздо меньшую мощность, необходимую для манипулирования фотонами, чем электронами.
Возможно, удастся организовать фотонные молекулы в среде таким образом, что они образуют более крупные двумерные структуры (аналогично рисункам).
Термин фотонная молекула также используется с тех пор, как 1998 г. за не связанный с этим феномен, связанный с электромагнитно взаимодействующими оптическими микрополостями. Свойства квантованных состояний ограниченных фотонов в оптических микро- и нанополостях очень похожи на свойства состояний ограниченных электронов в атомах. Благодаря этому сходству оптические микрополости можно назвать «фотонными атомами». Если продолжить эту аналогию, кластер из нескольких взаимно связанных фотонных атомов образует фотонную молекулу. Когда отдельные фотонные атомы находятся в непосредственной близости, их оптические моды взаимодействуют и порождают спектр гибридизированных супер-мод фотонных молекул. Это очень похоже на то, что происходит, когда две изолированные системы связаны, как две атомные орбитали водорода, соединяющиеся вместе, чтобы сформировать связывающие и разрыхляющие орбитали молекула водорода, которые представляют собой гибридизированные супер-моды полной связанной системы.
«Кусок полупроводника микрометрового размера может улавливать фотоны внутри себя таким образом, что они действуют как электроны в атоме. Теперь ПРЛ от 21 сентября описывает способ связать два из этих« фотонных атомов »вместе Результатом такого тесного взаимодействия является «фотонная молекула», оптические моды которой очень похожи на электронные состояния двухатомной молекулы, такой как водород ». «Фотонные молекулы, названные по аналогии с химическими молекулами, представляют собой кластеры близко расположенных электромагнитно взаимодействующих микрополостей или« фотонных атомов »». «Оптически связанные микрополости возникли как фотонные структуры с многообещающими свойствами для исследований в фундаментальной науке, а также для приложений».
Первой фотонной реализацией двухуровневой системы фотонной молекулы был Spreew et al., которые использовали оптические волокна для реализации кольцевого резонатора, хотя они не использовали термин «фотонная молекула». Тогда две моды, образующие молекулу, могут быть модами поляризации кольца или модами кольца по и против часовой стрелки. За этим последовала демонстрация фотонной молекулы, изготовленной литографическим способом, вдохновленной аналогией с простой двухатомной молекулой. Однако были предложены и другие природные структуры PM (такие как «фотонный бензол»), которые, как было показано, поддерживают ограниченные оптические моды, очень аналогичные молекулярным орбиталям в основном состоянии их химических аналогов.
Фотонные молекулы предлагают преимущества. над изолированными фотонными атомами в различных приложениях, включая био (химическое) зондирование, оптомеханику резонаторов и микролазеры, фотонные молекулы также могут использоваться в качестве квантовых симуляторов физики многих тел и в качестве строительных блоков будущих сетей оптической квантовой обработки информации. 29>
По полной аналогии кластеры металлических наночастиц, которые поддерживают ограниченные состояния поверхностных плазмонов, были названы «плазмонными молекулами».
Наконец, гибридные фотонно-плазмонные (или оптоплазмонные) молекулы также имеют были предложены и продемонстрированы.
