Światło zostało wzmocnione 100 razy w wyniku interakcji fotonów i elektronów

Naukowcy z MIT opracowali rezonatory, które wzmacniają

oddziaływanie między fotonami i elektronami o kilka rzędów wielkości przy użyciu promieniowania Smitha-Purcella.Technologia ta przyda się do rozwoju mikroskopów elektronowych i tworzenia akceleratorów maleńkich cząstek (zderzaczy) na chipie.

Oddziaływanie fotonów i elektronówstosowane w wielu różnych technologiach, od laserów po panele słoneczne i diody LED. Wadą tradycyjnego podejścia jest to, że ze względu na różne długości fal tych cząstek oddziaływanie między fotonem a elektronem jest bardzo słabe.

Fizycy wymyślili, jak poprawić tę interakcję.Opracowali specjalny kryształ fotoniczny, który jest płytką krzemową na izolatorze z wytrawionym układem otworów o wielkości nanometrów. Z obliczeń teoretycznych wynika, że ​​przy pomocy skierowanej wiązki elektronów taka płytka może generować tysiąc razy silniejsze promieniowanie Smitha-Purcella. Eksperymenty potwierdziły ponad 100-krotny wzrost światła.

Zasada działania urządzenia jestprzeniesienie pędu z elektronu na grupę fotonów lub odwrotnie. Podczas gdy konwencjonalne interakcje światła z elektronami opierają się na generowaniu światła pod jednym kątem, kryształ fotoniczny jest dostrojony do wytwarzania światła pod różnymi kątami.

Schemat układu eksperymentalnego. Zdjęcie: Yi Yang i in., Nature

Naukowcy wykazali w eksperymentachstukrotny wzrost promieniowania przy użyciu zmodyfikowanego mikroskopu elektronowego jako źródła wiązki elektronów. Zauważają jednak, że potencjalnie ta metoda może zapewnić znacznie większą poprawę przy użyciu specjalistycznych urządzeń.

Ten sam proces można zastosować w odwrotnej kolejnościkierunek: rezonansowe fale świetlne mogą przyspieszać ruch elektronów. Można to potencjalnie wykorzystać do budowy zminiaturyzowanych akceleratorów cząstek na chipie. Oznacza to, że niektóre eksperymenty, które obecnie wymagają ogromnych podziemnych tuneli, takie jak Wielki Zderzacz Hadronów, można przeprowadzić w konwencjonalnym laboratorium.

Czytaj więcej:

Sekret trwałości rzymskiego betonu wychodzi na jaw: można go odnowić

Genetycy ustalili, jak zmieniał się wiek poczęcia u ludzi na przestrzeni 250 000 lat

Słońce rozpoczęło rok błyskiem najpotężniejszej klasy

Na okładce: artystyczna ilustracja oddziaływania elektronów z płytką kryształu fotonicznego. Obraz: MIT