Siempre es fascinante ver que los científicos todavía quieren desafiar las teorías de Einstein, ya veces lo logran. Esta vez, físicos del Reino Unido y Suiza han demostrado que los láseres pueden funcionar incluso cuando menos de la mitad del material amplificador de luz está en un estado «excitado». En sus experimentos, los investigadores crearon nanocristales que se comportaban como «átomos artificiales». Cuando dispararon un rayo láser a través del cristal, las nanoestructuras se volvieron transparentes. El descubrimiento podría conducir a un mundo en el que los médicos ya no necesiten radiografías y los rescatistas puedan encontrar personas enterradas después de los terremotos.
A continuación se muestra una introducción a un comunicado de prensa del Imperial College London.
Investigadores del Imperial College London y la Universidad de Neuchâtel en Suiza han sido pioneros en la técnica, que se puede usar para ver a través de los escombros en los sitios de terremotos o para ver partes del cuerpo oscurecidas por huesos. El efecto se basa en el desarrollo de un nuevo material que explota la forma en que se mueven los átomos en la materia, lo que les permite interactuar con los rayos láser de una manera completamente nueva.
A continuación se muestra una foto del profesor Chris Phillips del Departamento de Física en el laboratorio láser del grupo (Crédito: Crédito: Cheryl Apsee/Imperial College London).
Ahora aquí hay una breve base científica.
El trabajo se basa en un avance que contradecía la teoría de Einstein de que, para que un láser funcione, el material amplificador de luz que contiene, generalmente un cristal o vidrio, debe convertirse en un tipo conocido como «reacción de población». » estado. Esto se refiere al estado de los átomos en un material que debe excitarse con suficiente energía para emitir en lugar de absorber luz.
Esto no siempre es obligatorio, como sospechan los físicos cuánticos desde hace algún tiempo, pero esta es la primera vez que se demuestra con un sólido. Así que eso es lo que hicieron los investigadores.
Para lograr este avance, el equipo creó cristales especialmente modelados, de solo una milmillonésima parte de un metro de longitud, que se comportan como «átomos artificiales». Cuando la luz golpea el cristal, se enreda con el cristal a nivel molecular, en lugar de ser absorbida, lo que hace que el material sea transparente.
Este es un esquema de la nanoestructura de semiconductores en capas de ‘átomo artificial’ utilizada en estos experimentos (Crédito de la imagen: Imperial College London/Nature Materials).
Aparentemente, los científicos estaban allí para más sorpresas. Como dijo Phillips, «los resultados pueden ser extraños a veces, pero es muy emocionante y muy importante».
El equipo descubrió que sus láseres no solo podían ver a través de objetos sólidos, sino que también ralentizaban o incluso detenían la propagación de la luz. Obviamente, esto tiene implicaciones importantes para nuestras redes de información.
Este trabajo de investigación ha sido materiales naturales Como una publicación en línea avanzada titulada «Ganancia sin inversión en nanoestructuras de semiconductores» (19 de febrero de 2006). Aquí hay dos enlaces a un resumen de este artículo y una página con varios gráficos, incluido el de arriba. A continuación se muestra el comienzo del resumen, que describe muy bien lo que han logrado los investigadores.
Cuando Einstein demostró que la amplificación de la luz requiere una colección de átomos en una «inversión de población» (es decir, más de la mitad de los átomos están en un estado excitado, listos para emitir luz en lugar de absorberla), utilizó un argumento termodinámico. Más tarde, la teoría cuántica predijo que los efectos de interferencia de ondas de materia dentro de los átomos podrían, en principio, permitir ganancia sin inversión (GWI).
Las condiciones coherentes requeridas para observar este extraño efecto se crean en los vapores atómicos, pero aquí mostramos que las nanoestructuras semiconductoras se pueden adaptar para tener estados electrónicos «atómicos artificiales», que por primera vez también han mostrado GWI en sólidos.
En los experimentos atómicos, las condiciones de coherencia, generalmente creadas al acoplar dos niveles de energía de electrones a un tercer nivel de energía de electrones con un haz intenso o al tunelizar dos niveles de energía en el mismo continuo (efecto Fano), también son responsables de la observación de la «transparencia inducida electromagnética». . (Derecho Económico y Comercial). Esto, a su vez, hizo posible observar una propagación de la luz significativamente más lenta o incluso congelada.
Si este descubrimiento conduce a una forma de detener el viaje de la luz y almacenar la información que transporta, ¿eso significa que ayuda a proteger nuestras redes de fibra óptica al atrapar a los intrusos? Definitivamente es una posibilidad.
Fuente: Comunicado de prensa del Imperial College London, de EurekAlert!, 19 de febrero de 2006; y varios sitios web
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