نظریه کوانتومی جدیدی که توسط دانشمندان دانشگاه شهر هنگ کنگ ایجاد شده است، بینش بی‌سابقه‌ای در مورد «فاز القای نور» ماده ارائه می‌کند و پتانسیل ایجاد انقلابی در فوتونیک کوانتومی و کنترل در دمای اتاق را ارائه می‌دهد. این تئوری به طور قابل توجهی درک ما را از پویایی حالت برانگیخته و خواص نوری مولکول ها، بهبود فنآوری های نوری و هموار کردن راه برای پیشرفت در ارتباطات نوری، محاسبات کوانتومی، تصویربرداری بیولوژیکی و مترولوژی کوانتومی ارتقا می دهد.
دانشمندان علاوه بر فازهای معمولی که به فاز جامد، مایع و گاز معروف است، در ماده فازهای متفاوتی نیز یافته اند. و در فازهای مختلف که اتم ها در فضا تحت آرایش خاصی قرار می گیرند، ماده ممکن است خواص متفاوتی داشته باشد. فازهای القای نور (Light-Induced Phase) به عنوان یکی از دسته‌بندی‌های فازهای تازه کشف‌شده، توجه بسیاری از دانشمندان را در دهه گذشته به خود جلب کرده‌اند، زیرا به‌عنوان پلتفرم امیدوارکننده‌ای برای پانل‌های فتوولتائیک جدید و پلت‌فرم‌های شیمیایی جدید و همچنین یک راه جدید برای فناوری کوانتومی مدرن در نظر گرفته شده‌اند.
تصویر : طیف‌سنجی حل‌شده زمانی برای فاز القای نور مولکول‌ها که بر اساس نظریه کوانتومی جدید پیشنهاد شده است. سیگنال انتشار پس از پالس‌های لیزری که مولکول‌ها را تحریک می‌کنند، در آشکارساز جمع‌آوری می‌شود و تصویربرداری چند بعدی از دینامیک اکسایتون در حوزه زمان ارائه می‌کند.
فرایندهای فوق سریع مولکول‌های فوتواکتیو، مانند انتقال الکترون و توزیع مجدد انرژی، که معمولاً در مقیاس فمتوثانیه (10 تا 15 ثانیه) هستند، برای افزاره های برداشت نور (Light Harvesting Devices)، تبدیل انرژی و محاسبات کوانتومی اهمیت زیادی دارند. با این حال، تحقیق در مورد این فرآیندها پر از ابهام است. بسیاری از تئوری‌های موجود مربوط به فازهای القای نور با مقیاس‌های زمان و انرژی در تنگنا قرار دارند و بنابراین نمی‌توانند خواص گذرا و فرآیندهای فوق‌سریع مولکول‌ها را هنگامی که پالس‌های لیزر کوتاه وارد می‌شوند توضیح دهند. اینها یک محدودیت اساسی برای کاوش در فازهای ناشی از نور ماده ایجاد می کنند.
برای مقابله با این مشکلات، دکتر ژانگ و همکارانش یک نظریه کوانتومی جدید برای سیگنال‌های نوری فازهای القا شده با نور مولکول‌ها ایجاد کردند. نظریه جدید، از طریق تجزیه و تحلیل ریاضی در ارتباط با شبیه‌سازی‌های عددی، دینامیک حالت برانگیخته و خواص نوری مولکول‌ها را در زمان واقعی توضیح می‌دهد و بر تنگناهای ناشی از تئوری‌ها و تکنیک‌های موجود غلبه می‌کند. نظریه جدید الکترودینامیک کوانتومی پیشرفته را در طیف سنجی فوق سریع ادغام می کند. از جبر مدرن برای توضیح دینامیک غیرخطی مولکول‌ها استفاده می‌کند که پایه و اساس توسعه کاربردهای فنآوری پیشرفته برای لیزرها و توصیف مواد را می‌سازد. بنابراین اصول جدیدی برای تشخیص نوری و مترولوژی کوانتومی ارائه می دهد.
آنچه در مورد نظریه جدید بسیار جذاب است این است که حرکت مشترک خوشه‌ای از مولکول‌ها رفتاری موج مانند را نشان می‌دهد که در فاصله‌ای دور پخش می‌شود. این در مطالعات مرسوم قابل دستیابی نبود. و این حرکت جمعی می تواند در دمای اتاق وجود داشته باشد، قبلا فقط در دمای بسیار پایین و برودتی وجود داشت. این بدان معنی است که کنترل دقیق و سنجش حرکت ذرات ممکن است در دمای اتاق امکان پذیر باشد. دکتر ژانگ گفت: این ممکن است مرزهای جدیدی را برای تحقیقات باز کند، که به طور بالقوه می تواند تحولی در مطالعه فتوشیمی ایجاد کند.
در مقیاس بزرگتر، فازهای القای نور ممکن است انواع کاربردهای جدید بین رشته ای مبتنی بر نور، مانند ارتباطات نوری، تصویربرداری بیولوژیکی، کنترل کاتالیز شیمیایی، و تعیین دستگاه های برداشت نور به شیوه ای کارآمد را فعال کنند. در آینده نزدیک، محققان قصد دارند فازهای ناشی از نور و تأثیر آنها بر مواد کوانتومی را بررسی کنند و تکنیک‌های طیف‌سنجی و تشخیص جدیدی را در زمینه درهم‌تنیدگی کوانتومی توسعه دهند.
لینک مقاله:
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.103001
