Visi šviesos šaltiniai naudoja energiją, kurios dalis yra išspinduliuodama šviesa. Tačiau šaltiniai be šviesos skleidžia ir šilumą. Todėl norint padidinti šviesos šaltinių naudingumo koeficientą yra labai svarbu, kad šviesa būtų išspinduliuota greičiau nei naudojama energija būtų prarastai kaip šiluma. Super greiti šviesos šaltiniai gali būti naudojami kvantinėse technologijose: lazerio spinduliuotėje, LED šviesose ir vieno fotono šviesos šaltiniuose. Nauji tyrimai atlikti Nilso Boro institute rodo, kad šviesos šaltiniai gali greičiau už šilumą skleisti šviesą pasitelkus principus, kurie buvo teoriškai numatyti dar 1954 metais. Nauji tyrimų rezultatai yra publikuoti moksliniame žurnale “Physical Review Letters”.
Mokslininkai Nilso Boro institute dirba su kvantiniais taškais, kurie ir yra dirbtinio atomo rūšis, kurį galima įvesti į optinius lustus. Kvantiniame taške elektronas gali būti sužadinamas apšviečiant taškus lazeriu ir elektronui paliekant “skylę”. Kuo stipresnė sąveika yra tarp šviesos ir medžiagos, tuo greičiau elektronas grįžtą į skylę ir tuo greičiau yra išspinduliuojama šviesa.
Tačiau realiai sąveika tarp šviesos ir medžiagos yra labai silpna. Todėl šviesos šaltinis labai lėtai išspinduliuoja šviesą ir nemaža dalis šaltinio naudojamos energijos virsta šiluma. Dar 1954 fizikas Robertas Dicke numatė, kad galima padidinti sąveiką tarp šviesos ir medžiagos didinant atomų skaičių esančių sužadintoje kvantinėje būsenoje.
Kvantinis pagreitinimas
Šio efekto demonstravimas iki šiol buvo sudėtingas, nes didinant atomų skaičių jie išsidėsto arba per arti ir nuolat smūgiuoja vienas kitą, arba yra per toli vienas nuo kito ir kvantinė superpozicija tarp jų sužadintų būsenų nevyksta. Mokslininkai iš Nilso Boro instituto dabar pademonstravo šį efektą, tik visiškai kitoje fizikinėje sistemoje nei numatė Dicke. Jie pademonstravo šį efektą iš vieno kvantinio taško.
“Mes pagaminome kvantinį tašką taip, kad jis elgiasi taip tarsi jį sudarytų penki kvantiniai taškai. Todėl iš vieno tokio kvantinio taško yra išspinduliuojama penkis kart stipresnė šviesa. Tai nutinka dėl traukos tarp elektrono ir skylės,” sako asocijuotas profesorius Søren Stobbe. Jis yra Kopenhagos universiteto Nilso Boro instituto Kvantinės fotonikos mokslinės grupės ir šio projekto vadovas. Eksperimentas buvo atliktas bendradarbiaujant su Kembridžo universiteto profesoriaus David Ritchie’s tyrėjų grupe, kurie pagamino kvantinius taškus.
Daugiau informacijos: Petru Tighineanu et al. Single-Photon Superradiance from a Quantum Dot, Physical Review Letters (2016). DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.163604