Разгадана загадка взаимодействия частиц, открывающих уникальные возможности для полностью оптической обработки информации
Команда ученых из Лаборатории гибридной фотоники Сколковского института науки и технологий (Сколтех) и Университета Шеффилда (Великобритания) совершила прорыв в понимании явлений сильного взаимодействия света с органическими молекулами. Принципы сильной связи открывают уникальные возможности для полностью оптической обработки информации в обход потерям скорости и энергии сигналов при преобразовании в ток.
Результаты исследований опубликованы в журнале Nature Communications Physics. Им также посвящена отдельная статья в февральском номере Nature Physics. Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда.
Органические вещества – базовый строительный материал всех живых организмов. А взаимодействие органических молекул со светом – главный процесс в жизни растений, обеспечивающий возможность существования жизни на Земле.
Кроме того, органические материалы активно используются для создания светоизлучающих устройств, гибкой электроники, солнечных батарей, фоточувствительных сенсоров и многих других устройств. Сегодня существует целая индустрия органической оптоэлектроники, и органические светодиодные дисплеи (OLED) – известный пример коммерческого использования органических молекул.
Лаборатория гибридной фотоники Сколтеха во главе с профессором Павлосом Лагудакисом разрабатывает новые принципы оптоэлектроники, основанные на сильном взаимодействии света с органическими материалами. Главным отличием от традиционных подходов является то, что при таком режиме взаимодействия происходит «смешение» света, то есть фотонов, и электронных возбуждений молекул – экситонов. В результате возникают новые частицы — поляритоны, которые сочетают в себе высокую скорость распространения света и электронные свойства вещества.
«Меняет ли это наш мир? Несомненно! Сильная связь может замедлять фотодеградацию молекул, изменять ход фотохимических реакций, а кроме того, наделяет фотоны способностью взаимодействовать друг с другом. Последнее свойство позволяет создавать эффективные устройства обработки оптических сигналов», — рассказывает профессор Павлос Лагудакис.
Сейчас проблема обработки больших объемов информации в оптоволоконных сетях решается путем преобразования света в электрические сигналы. Принципы сильной связи открывают уникальные возможности для полностью оптической обработки информации в обход потерям скорости и энергии сигналов при преобразовании в ток. За последние десять лет удалось достичь значительных успехов: от создания первого органического поляритонного лазера до наблюдения сверхтекучих поляритонных потоков, распространяющихся без потерь при комнатной температуре, и изобретения первого органического сверхбыстрого оптического транзистора. Следует отметить, что Сколтех является одним из мировых лидеров в органической поляритонике.
Однако, несмотря на значительный прогресс в данной области, механизмы взаимодействия поляритонов в органических системах долгое время оставались неясными и являлись причиной жарких споров в научном сообществе. Наконец, загадка поляритонных взаимодействий решена. Исследование команды из Сколтеха ставит точку в данном вопросе.
Ученые провели глубокое экспериментальное исследование и выявили закономерности в свойствах поляритонных конденсатов – состояние, в котором одновременно находятся сотни и даже тысячи поляритонов, идентичных друг другу.
«Из экспериментов известно, что при конденсации поляритонов в органике происходит резкий сдвиг спектральных свойств, причем этот сдвиг всегда приводит к увеличению частоты поляритонов. Это является индикатором нелинейных процессов, протекающих в системе, так же, как, например, изменение цвета металла по мере его нагрева», — рассказывает первый автор статьи, младший научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники Тимур Ягафаров.
Анализ экспериментальных данных позволил установить ключевые зависимости сдвига частоты поляритонов от важнейших параметров взаимодействия света с органическими молекулами. Впервые обнаружено сильное влияние переноса энергии между соседними молекулами на нелинейные свойства поляритонов. Теперь ученые знают, что является движущей силой поляритонов. Используя построенную теорию, можно определить экспериментальные параметры, необходимые для связи нескольких поляритонных конденсатов в единую цепь для построения поляритонных процессоров.
С фундаментальной точки зрения, полученные знания, возможно, позволят объяснить явление сверхтекучести поляритонов в органике. «Полученные результаты имеют важное значение не только для нашей области исследований, но и за ее пределами. Обнаруженные механизмы нелинейности поляритонов носят общий характер и, вероятно, являются универсальными для органических систем с сильной связью», — комментирует старший научный сотрудник Лаборатории гибридной фотоники Антон Заседателев.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно