Các nhà nghiên cứu tại Đại học Purdue đã phát hiện ra các sóng mới với các biến thể không gian ở cấp độ picometer của trường điện từ có thể lan truyền trong các chất bán dẫn như silicon.
Nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi Tiến sĩ Zubin Jacob, Phó Giáo sư Kỹ thuật Điện và Máy tính Elmore và Khoa Vật lý và Thiên văn học (xin phép), đã công bố phát hiện của họ trên Tạp chí Vật lý APS Ứng dụng trong một bài báo có tiêu đề “Picophotonics: Sóng nguyên tử dị thường trong silicon .”
>> Tham khảo: Công cụ AI dự đoán khi nào một ngân hàng nên được giải cứu.
“Từ kính hiển vi có nguồn gốc từ thang độ dài của micron nhỏ hơn một mét một triệu lần. Công việc của chúng tôi là tương tác với vật chất nhẹ trong chế độ picoscopic nhỏ hơn nhiều, trong đó sự sắp xếp rời rạc của các mạng nguyên tử làm thay đổi tính chất của ánh sáng theo những cách đáng ngạc nhiên,” Jacob nói.
Những phát hiện hấp dẫn này chứng minh rằng môi trường tự nhiên lưu trữ nhiều hiện tượng tương tác vật chất ánh sáng phong phú ở cấp độ nguyên tử. Việc sử dụng sóng picophotonic trong vật liệu bán dẫn có thể khiến các nhà nghiên cứu thiết kế các thiết bị quang học chức năng mới, cho phép ứng dụng trong công nghệ lượng tử.
Tương tác vật chất ánh sáng trong các vật liệu là trung tâm của một số thiết bị quang tử từ laser đến máy dò. Trong thập kỷ qua, quang tử nano, nghiên cứu về cách ánh sáng truyền trên quy mô nanomet trong các cấu trúc kỹ thuật số như tinh thể quang tử và siêu vật liệu đã dẫn đến những tiến bộ quan trọng.
>> Tham khảo: Những hiểu biết mới mở ra cánh cửa cho một công nghệ năng lượng mặt trời.
Nghiên cứu hiện có này có thể được nắm bắt trong lĩnh vực lý thuyết cổ điển về vật chất nguyên tử. Phát hiện hiện tại dẫn đến picophotonics đã được thực hiện nhờ một bước nhảy vọt về phía trước bằng cách sử dụng lý thuyết lượng tử về phản ứng nguyên tử trong vật chất. Nhóm bao gồm Jacob cũng như Tiến sĩ Sathwik Bharadwaj, nhà khoa học nghiên cứu tại Đại học Purdue và Tiến sĩ Todd Van Mechelen, cựu tiến sĩ tại Đại học Purdue.
Câu đố lâu nay trong lĩnh vực này là mối liên kết còn thiếu giữa các mạng nguyên tử, tính đối xứng của chúng và vai trò của nó đối với các trường ánh sáng picoscopic sâu. Để trả lời câu đố này, nhóm lý thuyết đã phát triển một khung vật chất Maxwell Hamilton kết hợp với một lý thuyết lượng tử về phản ứng cảm ứng ánh sáng trong vật liệu.
Jacob cho biết: “Đây là một sự thay đổi then chốt từ cách xử lý cổ điển đối với dòng ánh sáng được áp dụng trong nanophotonics. “Bản chất lượng tử của hành vi ánh sáng trong vật liệu là chìa khóa cho sự xuất hiện của hiện tượng picophotonics.”
>> Tham khảo: Làm thế nào một loại nấm thông thường loại bỏ thủy ngân độc hại khỏi đất và nước?
Bharadwaj và các đồng nghiệp đã chỉ ra rằng ẩn giữa các sóng điện từ truyền thống nổi tiếng, các sóng dị thường mới xuất hiện trong mạng nguyên tử. Những sóng ánh sáng này dao động cao ngay cả trong một khối cơ bản của tinh thể silicon (thang chiều dài dưới nanomet).
Bharadwaj cho biết: “Bản thân các vật liệu tự nhiên có các đối xứng mạng tinh thể nội tại phong phú và ánh sáng bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các đối xứng này. “Mục tiêu trước mắt tiếp theo là áp dụng lý thuyết của chúng tôi vào rất nhiều vật liệu lượng tử và tô pô, đồng thời xác minh sự tồn tại của những sóng mới này bằng thực nghiệm.”
>> Tham khảo: Kính hiển vi tiết lộ cơ chế đằng sau công cụ CRISPR mới.
Jacob cho biết: “Nhóm của chúng tôi đang dẫn đầu nghiên cứu về các trường điện động ở cấp độ pico bên trong vật chất ở cấp độ nguyên tử. “Gần đây, chúng tôi đã khởi xướng mạng lưới lý thuyết picoelectrodynamics, nơi chúng tôi tập hợp các nhà nghiên cứu đa dạng để khám phá các hiện tượng vĩ mô bắt nguồn từ các trường pico-electrodynamics vi mô bên trong vật chất.”
Nghiên cứu này được tài trợ bởi chương trình DARPA QUEST.
