Eksperimentet tager snapshots af lys, stopper lyset, bruger lys til at ændre stofs egenskaber

Lys bevæger sig med en hastighed på omkring 300, 000, 000 meter i sekundet som lette partikler, fotoner, eller tilsvarende som elektromagnetiske feltbølger. Eksperimenter ledet af Hrvoje Petek, en R.K. Mellon professor ved Institut for Fysik og Astronomi undersøgte ideer omkring lysets oprindelse, tage snapshots af lys, standse lys og bruge det til at ændre egenskaber af stof.

Petek arbejdede med studerende og samarbejdspartnere Prof. Chen-Bin (Robin) Huang fra National Tsing Hua University i Taiwan, og Atsushi Kubo fra Tsukuba University of Japan om eksperimenterne. Deres resultater blev rapporteret i avisen, "Plasmonisk topologisk kvasipartikel på nanometer- og femtosekundskalaen, " som blev offentliggjort i udgaven af ​​24. december af Natur magasin.

Petek krediterede kandidatstuderende Yanan Dai for hans fremsyn og arbejde i processen.

"Ophævelsen af ​​forskningen, imidlertid, er det Yanan, hvem udførte eksperimenterne og leverede den teoretiske modellering, demonstrerede, at han var uddannet langt ud over sin professors niveau og kunne fortolke skarpt de nanofemto topologiske egenskaber og interaktioner af optiske felter, " han sagde.

Holdet udførte et ultrahurtigt mikroskopi eksperiment, hvor de fangede grønt lysimpulser på 20 fs (2x10 ^-14 s) varighed som sammensatte lys-elektrondensitetsfluktuationsbølger, kendt som overflade plasmon polaritoner, og afbildede deres udbredelse på en sølvoverflade med lysets hastighed. Men de gjorde dette med et twist, så lysbølgerne kom sammen fra to sider og dannede en lyshvirvel, hvor lysbølger ser ud til at cirkulere omkring en stationær fælles kerne som en hvirvelvind af bølger. De kunne generere en film af, hvordan lysbølger bølger på deres nanometer (10 ^-9 m) bølgelængdeskala ved at afbilde elektroner, som to lysfotoner, der kommer sammen, får dem til at udsende fra overfladen.

At samle alle sådanne elektroner med et elektronmikroskop danner billeder, hvor lyset var passeret, dermed gør det muligt for forskerne at tage sit øjebliksbillede. Selvfølgelig, hvis intet er hurtigere end lyset, man kan ikke tage dets øjebliksbillede, men ved at sende to lysimpulser med deres tidsadskillelse fremad i 10 ^-16 s trin, de kunne forestille sig, hvordan lysbølger kommer sammen og får deres fælles amplitude til at stige og falde på faste punkter i rummet og danner en lyshvirvel på nanoen (10 ^-9 m)-femto (10 ^-15 s) skala.

Sådanne lyshvirvler dannes, når du lyser din røde eller grønne lasermarkør på en ru overflade og ser en plettet refleksion, men de har også en kosmologisk betydning. De lette hvirvelfelter kan potentielt forårsage overgange i den kvantemekaniske faserækkefølge i faststofmaterialer, sådan at den transformerede materialestruktur og dens spejlbillede ikke kan overlejres. Med andre ord, følelsen af ​​hvirvelrotationen genererer to materialer, der er topologisk adskilte.

Petek sagde, at sådanne topologiske faseovergange er på forkant med fysikforskning, fordi de menes at være ansvarlige for nogle aspekter af universets struktur.

"Selv naturens kræfter inklusive lys, menes at være opstået som symmetri-brydende overgange af et urfelt. Dermed, evnen til at registrere de optiske felter og plasmoniske hvirvler i eksperimentet åbner vejen for at udføre ultrahurtige mikroskopiske undersøgelser af beslægtede lys-initierede faseovergange i materialer af kondenseret stof i laboratorieskala, " han sagde.