خلاصه خبر:
محققان با استفاده از مراکز ژرمانیوم تهی‌جای در الماس، یک آنتن اتمی ایجادکرند که به یک میلیون برابر افزایش شدت نوری دست یافت. این بر چالش‌های سنتی آنتن‌های اتمی در جامدات غلبه میکند، جایی که تعاملات محیطی انسجام سیگنال را کاهش میدهد. با استفاده از مراکز رنگی که در برابر چنین اختلالاتی مصون هستند، تیم به قدرت سیگنال بی سابقه ای بدون اتلاف بیش از حد انرژی رسید. این، نوید یک جهش تکنولوژیکی و همچنین بینش جدیدی در فیزیک بنیادی میدهد.آنتن‌های نوری پیشرفته میتوانند سیگنال‌های پهنای باند باریک را با استفاده از حداقل انرژی تقویت کنند و سیگنال‌های قوی را بدون اشکالات روش‌های مرسوم ارائه دهند. این پیشرفت، راه های جدیدی را در اپتیک کوانتومی و کلاسیک باز میکند.
توضیحات تکمیلی:
محققان راهی برای استفاده از «آنتن‌ها» در مقیاس اتمی در الماس برای دستیابی به سطوح بی‌سابقه‌ای از افزایش شدت نوری کشف کرده‌اند. مشابه نحوه متمرکز کردن انرژی الکترومغناطیسی توسط آنتن رادیویی، این آنتن‌های اتمی میتوانند انرژی نور را در یک سیگنال بسیار موضعی جمع‌آوری و متمرکز کنند.
پیشرفت کلیدی، غلبه بر چالش هایی بود که از لحاظ تاریخی عملکرد آنتن های اتمی را در مواد جامد محدود کرده بودند. به طور معمول، برهمکنش بین اتم ها و محیط حالت جامد آنها، پایداری و شدت اثر آنتن را کاهش می دهد. با این حال، تیم از خواص منحصر به فرد مراکز ژرمانیوم تهی جای در الماس برای جلوگیری از این محدودیت ها استفاده کرد.
آزمایش‌ها نشان داد که این آنتن‌های اتمی در الماس میتوانند به افزایش شدت نوری بیش از یک میلیون برابر دست یابند. این یک پیشرفت شش مرتبه ای در مقایسه با ساختارهای نانوآنتن معمولی است. محققان این را به عنوان یک آنتن نوری «نمونه‌ای» توصیف می‌کنند که فرصت‌های تحقیقاتی جدیدی را باز میکند.
فراتر از پیشرفت فناوری، یافته ها همچنین نشان دهنده یک کشف مهم فیزیک بنیادی است. در حالی که افزایش شدید شدت میدان نزدیک دوقطبی های اتمی به صورت تئوری عنوان شده است، این اولین بار است که به طور تجربی نشان داده شده است.
مراکز رنگ الماسی که به عنوان آنتن استفاده می‌شوند، هم از نظر مکانی محلی هستند و هم میتوانند همدوسی کوانتومی خود را حفظ کنند، که امکان افزایش میدان استثنایی را بدون اتلاف انرژی فراهم میکند. این "جادوی یک مرکز رنگ" به آن اجازه می دهد تا به عنوان یک آنتن نوری قدرتمند و کم مصرف عمل کند که می تواند در طیف گسترده ای از سیستم ها ادغام شود.
کاربردهای بالقوه شامل طیف سنجی پیشرفته، حسگری و علوم کوانتومی است. به طور گسترده تر، این آنتن های اتمی ابزار جدیدی را برای مطالعه اجزای سازنده اساسی ماده با جزئیات بی سابقه در اختیار محققان قرار می دهند.
منبع
Zixi Li et al, Atomic optical antennas in solids, Nature Photonics (2024). DOI: 10.1038/s41566-024-01456-5
