Nyligen visad forskning har visat att det är möjligt att skapa en ny form av ljus genom att koppla ljus till en elektron och därmed kombinera egenskaperna hos båda. Bundet ljus och en elektron kan ha egenskaper som kan leda till kretsar som fungerar med paket med ljus - fotoner - istället för elektroner, enligt forskare vid Imperial College London, som genomförde studien.
Det gör det också möjligt för forskare att studera kvantfysikfenomen där partiklar som är mindre än atomer är involverade.
I konventionella material interagerar ljus med en mängd olika elektroner som finns på och inuti materialet. Men med hjälp av teoretisk fysik för att modellera beteendet hos ljus och en nyupptäckt klass av material känd som topologiska isolatorer, har forskare vid Imperial College räknat ut att det kan interagera med bara en elektron på ytan.
Detta gör att du kan skapa ett par som kombinerar egenskaperna hos ljus och elektron. Vanligtvis går ljuset i en rak linje, men när den är ansluten till en elektron följer den sin väg på materialets yta.
I en studie publicerad i Nature Communications modellerade Dr. Vincenzo Giannini och hans kollegor en sådan interaktion med en nanopartikel - en liten boll med en diameter mindre än 0,000001 meter - från en topologisk isolator.
Deras modeller visade att precis som ljus tar på sig en elektrons egenskaper och passerar genom en partikel, så tar en elektron vissa egenskaper hos ljus. Vanligtvis när elektroner rör sig genom material - till exempel i en elektrisk krets - stannar de när de stöter på en fel. Men som Gianninis grupp visade, även om det fanns ofullkomliga områden på ytan av nanopartikeln, skulle elektronen fortfarande övervinna dem med hjälp av ljus.
Om detta kan appliceras på fotonkretsar kommer de att vara mer pålitliga och mindre benägna för nedbrytning och fysiska defekter.
”Resultaten av denna forskning kommer att ha en enorm inverkan på hur vi föreställer oss ljus. Topologiska isolatorer har bara upptäckts under det senaste decenniet, men de ger oss redan nya fenomen att studera och nya sätt att testa viktiga begrepp inom fysik, säger Giannini. Och han tillägger att de fenomen som han modellerade i experiment kan observeras med modern teknik, och hans grupp arbetar redan med experimentella fysiker för att implementera detta.
Kampanjvideo:
Han tror att processen som leder till skapandet av en ny form av ljus kan skalas för att göra sådana fenomen mycket lättare att observera. För närvarande kan kvantfenomen bara ses genom att studera mycket små föremål eller superkylda objekt, men det senaste genombrottet kan göra det möjligt för forskare att studera dessa beteenden vid rumstemperatur.
ILYA KHEL
