मार्च 29, 2024

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प्रकाश की कुछ आवृत्तियों के लिए परमाणु पारदर्शी हो जाते हैं

प्रकाश की कुछ आवृत्तियों के लिए परमाणु पारदर्शी हो जाते हैं
सामूहिक रूप से प्रेरित पारदर्शिता

ऑप्टिकल कैविटी में लेजर से टकराने वाले परमाणुओं की कलाकार की अवधारणा। वैज्ञानिकों ने “सामूहिक रूप से प्रेरित पारदर्शिता” (CIT) नामक एक नई घटना की खोज की है जिसमें परमाणुओं के समूह निश्चित आवृत्तियों पर प्रकाश को परावर्तित करना बंद कर देते हैं। टीम ने एक ऑप्टिकल कैविटी में येटरबियम परमाणुओं को फंसाकर और उन्हें लेजर प्रकाश के संपर्क में लाकर इस प्रभाव को पाया। कुछ आवृत्तियों पर, एक पारदर्शी खिड़की दिखाई दी जिसके माध्यम से प्रकाश बिना किसी बाधा के गुहा को बायपास करता है। क्रेडिट: एला मारू स्टूडियो

नया देखा गया प्रभाव परमाणुओं को प्रकाश की कुछ आवृत्तियों के लिए पारदर्शी बनाता है

कैलिफ़ोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने एक नई घटना, “सामूहिक रूप से प्रेरित पारदर्शिता” (सीआईटी) की खोज की है, जिसमें प्रकाश निश्चित आवृत्तियों पर परमाणुओं के समूहों के माध्यम से निर्बाध रूप से गुजरता है। इस खोज से क्वांटम मेमोरी सिस्टम में सुधार हो सकता है।

सामूहिक रूप से प्रेरित पारदर्शिता (CIT) नामक एक नई खोजी गई घटना के कारण परमाणुओं के समूह अचानक कुछ आवृत्तियों पर प्रकाश को प्रतिबिंबित करना बंद कर देते हैं।

CIT की खोज एक फोटोकैविटी के अंदर येटरबियम परमाणुओं को सीमित करके की गई थी – अनिवार्य रूप से प्रकाश का एक छोटा सा बॉक्स – और उन्हें एक लेज़र से नष्ट कर दिया। यद्यपि लेज़र प्रकाश परमाणुओं को एक बिंदु पर उछाल देगा, क्योंकि प्रकाश की आवृत्ति को ट्यून किया जाता है, एक पारदर्शी खिड़की दिखाई देती है जिसमें प्रकाश केवल बिना रुकावट के गुहा से गुजरता है।

कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (बीएस ’04) के आंद्रेई फराओन और एप्लाइड फिजिक्स और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के विलियम एल प्रोफेसर ने जर्नल को बताया प्रकृति. “हमारा शोध मूल रूप से यह पता लगाने की यात्रा बन गया कि क्यों।”

खिड़की की पारदर्शिता का विश्लेषण इंगित करता है कि यह परमाणुओं और प्रकाश के समूहों के बीच गुहा में बातचीत का परिणाम है। यह घटना विनाशकारी हस्तक्षेप के समान है, जिससे दो या दो से अधिक स्रोतों से तरंगें एक दूसरे को रद्द कर सकती हैं। परमाणुओं के समूह लगातार प्रकाश को अवशोषित और पुनः उत्सर्जित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप आम तौर पर लेजर प्रकाश का प्रतिबिंब होता है। हालांकि, सीआईटी आवृत्ति पर, एक संयोजन में प्रत्येक परमाणु से प्रकाश के पुन: उत्सर्जित होने के कारण एक संतुलन होता है, जिससे परावर्तन में कमी आती है।

कैल्टेक के स्नातक छात्र सह-प्रमुख लेखक मेई ली कहते हैं, “परमाणुओं का एक समूह जो एक ही ऑप्टिकल क्षेत्र में मजबूती से जुड़ा हुआ है, अप्रत्याशित परिणाम पैदा कर सकता है।”

ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र, जिसकी लंबाई केवल 20 माइक्रोन है और इसमें 1 माइक्रोन से छोटी विशेषताएं शामिल हैं, कैल्टेक में कावली इंस्टीट्यूट फॉर नैनोसाइंस में निर्मित किया गया था।

पेपर के सह-प्रमुख लेखक स्नातक छात्र रिकुटो फुकुमोरी कहते हैं, “पारंपरिक क्वांटम ऑप्टिक्स माप तकनीकों के माध्यम से, हमने पाया है कि हमारी प्रणाली एक अज्ञात शासन तक पहुंच गई है, जो नए भौतिकी को प्रकट करती है।”

पारदर्शिता की घटना के अलावा, शोधकर्ता यह भी ध्यान देते हैं कि परमाणुओं का समूह लेजर से प्रकाश को अवशोषित और उत्सर्जित कर सकता है या तो बहुत तेज या बहुत धीमी गति से।[{” attribute=””>atom depending on the intensity of the laser. These processes, called superradiance and subradiance, and their underlying physics are still poorly understood because of the large number of interacting quantum particles.

“We were able to monitor and control quantum mechanical light–matter interactions at nanoscale,” says co-corresponding author Joonhee Choi, a former postdoctoral scholar at Caltech who is now an assistant professor at Stanford University.

Though the research is primarily fundamental and expands our understanding of the mysterious world of quantum effects, this discovery has the potential to one day help pave the way to more efficient quantum memories in which information is stored in an ensemble of strongly coupled atoms. Faraon has also worked on creating quantum storage by manipulating the interactions of multiple vanadium atoms.

“Besides memories, these experimental systems provide important insight about developing future connections between quantum computers,” says Manuel Endres, professor of physics and Rosenberg Scholar, who is a co-author of the study.

Reference: “Many-body cavity quantum electrodynamics with driven inhomogeneous emitters” by Mi Lei, Rikuto Fukumori, Jake Rochman, Bihui Zhu, Manuel Endres, Joonhee Choi and Andrei Faraon, 26 April 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05884-1

Coauthors include Bihui Zhu of the University of Oklahoma and Jake Rochman (MS ’19, PhD ’22). This research was funded by the Department of Energy, the National Science Foundation, the Gordon and Betty Moore Foundation, and the Office of Naval Research.