Onderzoekers van MIT hebben resonatoren ontwikkeld die versterken
Interactie tussen fotonen en elektronengebruikt in een breed scala aan technologieën, van lasers tot zonnepanelen en leds. Het nadeel van de traditionele benadering is dat door de verschillende golflengten van deze deeltjes de interactie tussen het foton en het elektron erg zwak is.
Natuurkundigen ontdekten hoe ze deze interactie konden verbeteren.Ze ontwikkelden een speciaal fotonisch kristal, een siliciumwafel op een isolator geëtst met een reeks gaten van nanometergrootte. Theoretische berekeningen laten zien dat zo'n plaat met behulp van een gerichte elektronenbundel een duizend keer sterkere Smith-Purcellstraling kan opwekken. Experimenten bevestigden de toename van het licht met meer dan 100 keer.
Het werkingsprincipe van het apparaat isoverdracht van momentum van een elektron naar een groep fotonen of vice versa. Terwijl conventionele interacties van licht met elektronen gebaseerd zijn op het genereren van licht onder een enkele hoek, is het fotonische kristal afgestemd om licht te produceren onder verschillende hoeken.
Schema van de experimentele opstelling. Afbeelding: Yi Yang et al., Nature
In experimenten hebben wetenschappers aangetoondeen honderdvoudige toename van straling met behulp van een hergebruikte elektronenmicroscoop als elektronenbundelbron. Ze merken echter op dat deze methode mogelijk een veel grotere verbetering kan opleveren bij het gebruik van gespecialiseerde apparaten.
Hetzelfde proces kan omgekeerd worden gebruiktrichting: resonerende lichtgolven kunnen de beweging van elektronen versnellen. Dit zou mogelijk kunnen worden gebruikt om geminiaturiseerde deeltjesversnellers op een chip te bouwen. Dit betekent dat sommige experimenten waarvoor momenteel enorme ondergrondse tunnels nodig zijn, zoals de Large Hadron Collider, in een conventioneel laboratorium kunnen worden uitgevoerd.
Lees verder:
Het geheim van de duurzaamheid van Romeins beton wordt onthuld: het kan worden hersteld
Genetici hebben vastgesteld hoe de leeftijd van bevruchting bij mensen gedurende 250.000 jaar is veranderd
De zon opende het jaar met een flits van de krachtigste klasse
Op de omslag: een artistieke illustratie van de interactie tussen elektronen en een plaat van een fotonisch kristal. Afbeelding: MIT