| 0 |
|
Лазерный свет может превратить нормально изолирующий материал в проводник и наоборот, согласно расчетам, проведенным физиками в США и Великобритании. Этот трюк опирается на квантовое управление, идею о том, что выход системы может быть настроен по желанию путем применения подходящего изменяющегося во времени поля на ее входе.
Находясь в состоянии равновесия, поведение системы в значительной степени определяется внутренними характеристиками. Например, очень разные составы золота и железа придают совершенно разные химические, электрические и магнитные свойства. Но, как указал Джерард МакКол (Gerard McCaul) из Университета Тулейн в Новом Орлеане, эти свойства можно изменить, применяя к веществам изменяющиеся во времени поля - обычно это электромагнитное поле, такое как излучение лазера.
«Существует определенная« универсальность» для управляемых систем, - говорит он, - где они могут демонстрировать практически любое наблюдаемое поведение, которое вы выбираете, при условии, что вы можете найти подходящее поле для управления».
В последней работе МакКол и Денис Бондарь из Тулейна вместе с коллегами из Королевского колледжа в Лондоне и Исследовательской лаборатории армии США в Мэриленде разработали новую теоретическую основу для управления свойствами системы с помощью лазерных лучей, электромагнитные поля которых изменяются со временем очень четко определенным способом. Это когерентное управление уже используется во многих приложениях, таких как использование радиочастотных импульсов для подготовки состояний квантовых битов, применяемых в экспериментах по ядерному магнитному резонансу.
Три года назад Гершель Рабиц (Herschel Rabitz), Бондарь и коллеги из Принстонского университета теоретически показали, что квантовое управление можно использовать для того, чтобы сделать выходные данные двух разных физических систем идентичными - так, что одна из них имитирует другую. Рассматриваемые системы были атомами аргона и водорода, и исследователи из Принстона рассчитали, как лазерный импульс подходящей формы, направленный на атом водорода, заставит этот атом излучать свет с тем же спектром, что и аргон.
Теперь Маккол и его коллеги распространили эту идею на системы многих тел, в частности на твердотельные материалы.
При воздействии лазера материал поглощает энергию луча, приводящую в движение его электроны. И наоборот, движение электронов может генерировать свет. Но типы спектров тока и излучения, генерируемых таким образом, зависят от того, находится ли материал в проводящей или изолирующей фазе. Англо-американская группа показала, что можно варьировать входящие поля таким образом, чтобы преобразовать спектр излучения проводника в спектр изолятора и наоборот. Таким образом, они предсказывают, что должна быть возможность переключать твердое тело между его изолирующей и проводящей фазами путем тщательного проектирования поля возбуждения лазера.
Способность формировать свойства системы таким способом зависит от очень нелинейной взаимосвязи между выходом материала и лазерным полем на входе. Это делает управление вводом далеко не простым. Для этого исследователи адаптировали метод, известный как контроль слежения, для обработки сложных, повседневных вещей, моделируемых с помощью решетки. Вместо того, чтобы вычислять оптимальное значение для лазерного поля в каждый момент времени, они вместо этого используют нелинейное уравнение движения, которое непрерывно пересчитывает поле, используя выходные данные системы - что они обнаружили, что они могут делать эффективно, избегая нефизических особенностей.
Маккол указывает на то, что эта лазерная схема не в состоянии диктовать значение каждого наблюдаемого в системе. Например, изменение массы протона будет запрещено. Но, тем не менее, он говорит, что большинство свойств материала, изученных экспериментально, имеют электромагнитную природу и поэтому могут подвергаться влиянию.
Заглядывая в будущее, исследователи также стремятся показать, как их схема может создать новые типы сверхпроводников или повысить температуру перехода материалов, у которых уже наблюдается сверхпроводимость.
Квантовое управление с использованием лазерного света может превратить изоляторы в проводники и наоборот
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
