Ученые из Института Вейцмана разработали новый метод, позволяющий отслеживать изменения в материи на аттосекундном уровне – одна аттосекунда составляет одну миллиардную от миллиардной доли секунды. Это открытие, опубликованное в престижном журнале Nature Photonics, совершила команда под руководством профессора Нирит Дудович.
Научная проблема, с которой столкнулись исследователи, заключалась в том, что современные лазеры способны контролировать свойства материи в течение одного оптического цикла световой волны. Однако эти изменения происходят настолько быстро – на аттосекундных временных масштабах – что их крайне сложно отследить и измерить.
Инновационный метод, разработанный исследовательской группой, возглавляемой студентами Омером Кнеллером, Ченом Мором и Ноа Яффе из лаборатории Дудович в Отделе физики сложных систем Института Вейцмана, использует два лазерных луча. Первый – мощный лазер с относительно длинными импульсами, который изменяет оптическую задержку в материалах. Второй – чрезвычайно короткие аттосекундные импульсы, функционирующие как «камера замедленной съемки».
Ключевой особенностью метода является то, что аттосекундные импульсы создаются в двух копиях. Одна из них не взаимодействует с материалом и служит эталоном, в то время как другая проходит через исследуемый материал, регистрируя аттосекундные задержки. Интерференция между этими копиями позволяет точно реконструировать изменения в оптической задержке.
С точки зрения научных принципов, метод основан на фундаментальных свойствах света: при прохождении через вещество свет замедляется и преломляется (как это происходит при образовании радуги в каплях дождя). Мощные лазеры способны модифицировать преломляющие свойства вещества на чрезвычайно коротких временных масштабах. В квантовой механике свойства материала определяются энергетическими уровнями, и разработанный метод реконструирует «путешествие» электрона между энергетическими уровнями путем измерения задержек.
Исследователи сравнивают свой метод с навигационными приложениями типа Waze, которые предсказывают время в пути между точками. Подобно тому, как Waze отслеживает движение транспорта, новая технология отслеживает движение электронов между энергетическими состояниями.
Значимость этого открытия трудно переоценить. Оно может привести к разработке самых быстрых процессоров из возможных, что колоссально увеличит скорость передачи и обработки данных. Кроме того, метод имеет важные последствия для фундаментальных исследований квантовых явлений и может обеспечить преднамеренный и точный контроль свойств материалов в пределах сотен или десятков аттосекунд.
В конечном итоге, эта технология прокладывает путь к сверхбыстрым коммуникациям и вычислениям, которые могут революционизировать многие области науки и техники, от квантовых компьютеров до новых материалов с программируемыми свойствами.
Изображение носит иллюстративный характер
Научная проблема, с которой столкнулись исследователи, заключалась в том, что современные лазеры способны контролировать свойства материи в течение одного оптического цикла световой волны. Однако эти изменения происходят настолько быстро – на аттосекундных временных масштабах – что их крайне сложно отследить и измерить.
Инновационный метод, разработанный исследовательской группой, возглавляемой студентами Омером Кнеллером, Ченом Мором и Ноа Яффе из лаборатории Дудович в Отделе физики сложных систем Института Вейцмана, использует два лазерных луча. Первый – мощный лазер с относительно длинными импульсами, который изменяет оптическую задержку в материалах. Второй – чрезвычайно короткие аттосекундные импульсы, функционирующие как «камера замедленной съемки».
Ключевой особенностью метода является то, что аттосекундные импульсы создаются в двух копиях. Одна из них не взаимодействует с материалом и служит эталоном, в то время как другая проходит через исследуемый материал, регистрируя аттосекундные задержки. Интерференция между этими копиями позволяет точно реконструировать изменения в оптической задержке.
С точки зрения научных принципов, метод основан на фундаментальных свойствах света: при прохождении через вещество свет замедляется и преломляется (как это происходит при образовании радуги в каплях дождя). Мощные лазеры способны модифицировать преломляющие свойства вещества на чрезвычайно коротких временных масштабах. В квантовой механике свойства материала определяются энергетическими уровнями, и разработанный метод реконструирует «путешествие» электрона между энергетическими уровнями путем измерения задержек.
Исследователи сравнивают свой метод с навигационными приложениями типа Waze, которые предсказывают время в пути между точками. Подобно тому, как Waze отслеживает движение транспорта, новая технология отслеживает движение электронов между энергетическими состояниями.
Значимость этого открытия трудно переоценить. Оно может привести к разработке самых быстрых процессоров из возможных, что колоссально увеличит скорость передачи и обработки данных. Кроме того, метод имеет важные последствия для фундаментальных исследований квантовых явлений и может обеспечить преднамеренный и точный контроль свойств материалов в пределах сотен или десятков аттосекунд.
В конечном итоге, эта технология прокладывает путь к сверхбыстрым коммуникациям и вычислениям, которые могут революционизировать многие области науки и техники, от квантовых компьютеров до новых материалов с программируемыми свойствами.
