Ny fononlaser kan føre til gennembrud inden for sansning og informationsbehandling

Den optiske laser er vokset til et globalt teknologimarked på 10 milliarder dollars, siden den blev opfundet i 1960, og har ført til Nobelpriser for Art Ashkin for udvikling af optisk tweezing og Gerard Mourou og Donna Strickland for arbejde med pulserende lasere. Nu er en forsker fra Rochester Institute of Technology gået sammen med eksperter ved University of Rochester for at skabe en anden slags laser - en laser til lyd, ved hjælp af den optiske pincetteknik opfundet af Ashkin.

I det nyeste nummer af Naturfotonik , forskerne foreslår og demonstrerer en fononlaser ved hjælp af en optisk leviteret nanopartikel. En fonon er en energikvante forbundet med en lydbølge, og en optisk pincet tester grænserne for kvanteeffekter isoleret og eliminerer fysiske forstyrrelser fra det omgivende miljø. Forskerne studerede de mekaniske vibrationer af nanopartikler, som svæves mod tyngdekraften af ​​strålingskraften i fokus for en optisk laserstråle.

"Måling af nanopartiklernes position ved at detektere lyset, den spreder, og at føre den information tilbage til pincetstrålen giver os mulighed for at skabe en laserlignende situation, " sagde Mishkat Bhattacharya, lektor i fysik ved RIT og en teoretisk kvanteoptikforsker. "De mekaniske vibrationer bliver intense og falder i perfekt synkronisering, ligesom de elektromagnetiske bølger, der kommer fra en optisk laser."

Fordi bølgerne, der kommer ud fra en laserpointer, er synkroniserede, strålen kan rejse en lang afstand uden at sprede sig i alle retninger - i modsætning til lys fra solen eller fra en pære. I en standard optisk laser styres egenskaberne af lysoutputtet af det materiale, som laseren er lavet af. Interessant nok, i fononlaseren er lysets og stoffets roller omvendt - bevægelsen af ​​materialepartiklerne er nu styret af den optiske feedback.

"Vi er meget spændte på at se, hvad brugen af ​​denne enhed vil være - især til sansning og informationsbehandling, da den optiske laser har så mange, og stadig i udvikling, applikationer, " sagde Bhattacharya. Han sagde også, at fononlaseren lover at muliggøre undersøgelsen af ​​grundlæggende kvantefysik, inklusive konstruktion af det berømte tankeeksperiment af Schrödingers kat, som kan eksistere to steder samtidigt.

Bhattacharya samarbejdede med den eksperimentelle gruppe ledet af Nick Vamivakas ved Institute of Optics ved University of Rochester. Bhattacharyas teoretiske team på papiret bestod af RIT-postdoktorale forskere Wenchao Ge og Pardeep Kumar, mens Vamivakas ledede nuværende UR-kandidatstuderende Robert Pettit og Danika Luntz-Martin, tidligere kandidatstuderende Levi Neukirch og postdoc Justin Schultz.