Forscher am MIT haben Resonatoren entwickelt, die die Leistung verbessern
Wechselwirkung zwischen Photonen und Elektronenin einer Vielzahl von Technologien eingesetzt, von Lasern bis hin zu Solarmodulen und LEDs. Der Nachteil des traditionellen Ansatzes ist, dass aufgrund der unterschiedlichen Wellenlängen dieser Teilchen die Wechselwirkung zwischen dem Photon und dem Elektron sehr schwach ist.
Physiker haben herausgefunden, wie man diese Wechselwirkung verbessern kann.Sie entwickelten einen speziellen photonischen Kristall, bei dem es sich um einen Siliziumwafer auf einem Isolator handelt, der mit einer Reihe von Löchern in Nanometergröße geätzt ist. Theoretische Berechnungen zeigen, dass eine solche Platte mit Hilfe eines gerichteten Elektronenstrahls eine tausendmal stärkere Smith-Purcell-Strahlung erzeugen kann. Experimente bestätigten die Lichtzunahme um mehr als das 100-fache.
Das Funktionsprinzip des Gerätes istImpulsübertragung von einem Elektron auf eine Gruppe von Photonen oder umgekehrt. Während herkömmliche Wechselwirkungen von Licht mit Elektronen darauf beruhen, Licht in einem einzigen Winkel zu erzeugen, ist der photonische Kristall so abgestimmt, dass er Licht in einer Reihe von Winkeln erzeugt.
Schema des Versuchsaufbaus. Bild: Yi Yang et al., Natur
In Experimenten haben Wissenschaftler gezeigteine hundertfache Erhöhung der Strahlung mit einem umfunktionierten Elektronenmikroskop als Elektronenstrahlquelle. Sie stellen jedoch fest, dass diese Methode möglicherweise eine viel größere Verbesserung bei der Verwendung spezialisierter Geräte bieten kann.
Derselbe Prozess kann umgekehrt verwendet werdenRichtung: resonante Lichtwellen können die Bewegung von Elektronen beschleunigen. Damit könnten möglicherweise miniaturisierte Teilchenbeschleuniger auf einem Chip gebaut werden. Dies bedeutet, dass einige Experimente, die derzeit riesige unterirdische Tunnel erfordern, wie der Large Hadron Collider, in einem herkömmlichen Labor durchgeführt werden können.
Weiter lesen:
Das Geheimnis der Dauerhaftigkeit von römischem Beton ist gelüftet: Er lässt sich restaurieren
Genetiker haben festgestellt, wie sich das Alter der Empfängnis beim Menschen über 250.000 Jahre verändert hat
Die Sonne eröffnete das Jahr mit einem Blitz der stärksten Klasse
Auf dem Cover: eine künstlerische Darstellung der Wechselwirkung zwischen Elektronen und einer Platte eines photonischen Kristalls. Bild: MIT