Fizycy uzyskali pierścień punktów wyjątkowych

Fizycy z MIT-u odkryli kolejny fenomen związany ze stożkiem Diraca. Może się on mianowicie przyczyniać do powstania "pierścienia punktów wyjątkowych". O osiągnięciu uczonych można przeczytać na łamach Nature.

Z artykułu dowiadujemy się, że Bo Zhen, Marin Soljacic i John Joannopoulos z MIT-u oraz Chia Wei Hsu z Yale University jako pierwsi w historii zaprezentowali eksperymentalnie istnienie pierścienia punktów wyjątkowych. To jednocześnie pierwsze badania łączące eksperymenty nad punktami wyjątkowymi z symetrią CPT i stożkami Diraca.

Indywidualne punkty wyjątkowe do unikatowe fenomeny fizyczne. Na przykład wokół tych punktów nieprzezroczyste materiały mogą wydawać się bardziej przezroczyste, a światło wędruje tam tylko w jednym kierunku. Wykorzystanie tych właściwości jest jednak bardzo trudne, gdyż materiały absorbują światło.

Tymczasem naukowcy z MIT-u stworzyli kryształ fotoniczny z pierścieniem punktów wyjątkowych. Zamiast z utratą wskutek absorpcji mamy tutaj do czynienia z innym rodzajem straty - utratą wskutek promieniowania - która nie wpływa na wydajność urządzenia. W rzeczywistości utrata wskutek promieniowania jest korzystna, mamy z nią do czynienia np. w laserach - mówi Zhen. Twórcy wspomnianego kryształu mają nadzieję, że uda się dzięki niemu stworzyć nowe interesujące systemy optyczne. Jednym z potencjalnych zastosowań naszych badań jest stworzenie znacznie potężniejszych laserów niż to dzisiaj możliwe - mówi Soljacic. Fotoniczne kryształy emitujące skupione światło to bardzo obiecujący kandydacie do zbudowania kompaktowego lasera dużej mocy. Sądzimy, że moc takich laserów może być co najmniej 10-krotnie większa niż obecnych systemów - dodaje uczony. Nasz system można też wykorzystać do stworzenia bardzo precyzyjnych czujników biologicznych i chemicznych - mówi Hsu. Reakcja punktów wyjątkowych na zakłócenia jest bowiem nieliniowa w stosunku do siły sygnału zakłócającego, a to czyni je bardzo wrażliwymi czujnikami. Zwykle mamy trudności z wykrywaniem np. bardzo małych stężeń badanych substancji, gdyż jeśli ilość substancji zmniejszy się milion razy, to i sygnał staje się milion razy słabszy. Reakcja punktów wyjątkowych jest nieliniowa i w ich przypadku sygnał jest około 1000 razy słabszy, dzięki czemu możemy go zarejestrować - wyjaśnia Hsu.

punkt wyjątkowy laser światło czujnik kryształ fotoniczny