Німецькі фізики відкрили 'супер-фотон', який дозволить створити нове покоління комп'ютерів

Фізікі з Боннського університету, створили зовсім нове джерело світла, так званий конденсат Бозе-Ейнштейна, що складається з фотонів. Ще недавно, експерти вважали, що це неможливо. Даний метод, в майбутньому може використовуватися для створення нових джерел світла, що нагадують лазери, які працюватимуть в рентгенівському діапазоні випромінювання. У числі інших способів застосування цієї технології, можна виділити створення більш потужних комп'ютерних чіпів. Вчені повідомлять про своє відкриття в наступному номері журналу Nature.

Атоми рубідію, які сильно охолоджені й компактно зібрані в достатній кількості, стають невиразними. Вони починають поводитися як єдина величезна "супер частка". Фізики називають таке агрегатний стан матерії конденсатом Бозе-Ейнштейна.

В теорії, це агрегатний стан також притаманне "частинкам світла" або фотонам. До нещастя, на шляху у фізичної реалізації даної ідеї варто фундаментальна проблема: охолоджені фотони просто зникають. Ще кілька місяців тому, здавалося неможливим зібрати охолоджені світлові частинки. Але Боннські фізики Ян Кларс, Джуліан Шмітт, доктор Франк Веуінгер і професор Мартін Уейтц зробили невозможное.

Температура світла?

Когда нагрівається вольфрамова нитка в електроламп, то вона починає світитися - спочатку червоним, потім жовтим, і нарешті синюватим світлом. Тому, для кожного відтінку світла можна розрахувати його "температуру освіти". Синій колір теплей, ніж червоний, але сяйво вольфраму відрізняється від сяйва заліза, наприклад. Щоб уникнути подібних різночитань, за стандарт прийнятий теоретичний об'єкт, так зване абсолютно чорне тіло. Якщо це тіло нагріти до температури в 5500 градусів, його колір стане таким же, як і сонячне світло опівдні. Іншими словами, температура світла опівдні дорівнює 5500 градусів за Цельсієм або 5800 градусів Кельвіна (в шкалі Кельвіна не існує негативних величин, адже вона починається з абсолютного нуля, який, у звичній нам шкалою Цельсія, дорівнює мінус 273 градусам; крім відмінних початкових точок відліку, ці системи схожі один з одним - досить до температури за Цельсієм додати число двісті сімдесят третій ви дізнаєтеся температуру в Кельвінах).

Когда абсолютно чорне тіло остигає, в якийсь момент, воно перестає випромінювати світло у видимому діапазоні; замість цього, випромінюються невидимі інфрачервоні фотони. У той же час, рівень випромінювання знижується. У міру падіння температури, число фотонів буде зменшуватися. Саме тому, так важко зібрати необхідну кількість охолоджених фотонів, які потрібні для того, щоб утворився конденсат Бозе-Ейнштейна.

І таки, дослідникам з Бонна вдалося це зробити, використовуючи два дзеркала з високою здатністю, що відображає, між якими вони утримували фотон, відбивається між ними вперед-назад. Між відбивають поверхнями знаходився розчин з пігментних молекул, з якими фотони періодично стикалися. У ході цих зіткнень, молекули "поглинали" фотони, а потім "випльовували" їх назад. "У ході цього процесу, фотони взяли температуру рідини", - пояснив професор Уейтц. "Вони остудили один одного до кімнатної температури, і вони не зникли в ході цього процесу".

Конденсат з света

Боннскіе фізики збільшили кількість фотонів між дзеркалами, порушивши пігментний розчин за допомогою лазера. Це дозволило команді сконцентрувати достатню, для утворення конденсату, кількість фотонів. Утворився єдиний "супер-фотон".

Фотонний конденсат Бозе-Ейнштейна - це зовсім нове джерело світла, що чимось нагадує лазер. Але у нього є вирішальна перевага в порівнянні з лазерами: "Ми поки не вміємо робити лазери, які генерують дуже короткохвильової світло - наприклад в ультрафіолетовому або рентгенівському спектрі ", - пояснив Ян Кларс. "Але за допомогою фотонного конденсату Бозе-Ейнштейна, це стане можливим".

Особенно багатообіцяючі перспективи відкриваються для виробників чіпів. Вони використовують світло лазера для травлення логічних мікросхем на напівпровідникових матеріалах. Те, наскільки тонкі ці структури, окрім інших чинників, обмежена довжиною хвилі світла. Довгохвильові лазери менш пристосовані до тонкої роботі, в порівнянні з короткохвильовими. Це можна порівняти із спробою поставити підпис на документі малярської пензлем.

Рентгеновское випромінювання має набагато коротші хвилі, в порівнянні з видимим світлом. По ідеї, рентгенівські лазери повинні, отже, дозволити створювати набагато більш складні схеми, на все тій же кремнієвій підкладці. Це дозволить створити нове покоління високопродуктивних чіпів, а значить, і більш потужних комп'ютерів для кінцевих користувачів. Даний процес може також виявитися корисним в інших областях, таких як спектроскопія і фотоелектрічество.

Орігінал (на англ. Мовою): Physorg

• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона
• Солнечная система для зарядки электромобилей
• Крупнейший электрический самолёт взлетит в 2025 году
• ДНК-биочернила открывают новые горизонты для 3D-печати кровеносных сосудов
• Исследователи улучшили эффективность и долговечность солнечных элементов
• Тёмная материя: Как камера отслеживает невидимое
• Мягкий, растяжимый электрод имитирует тактильные ощущения с помощью электрических сигналов