บาคาร่าเว็บตรง ทฤษฎีใหม่ที่อธิบายว่าพลังงานและข้อมูลสามารถไหลไปในทิศทางเดียวรอบคลัสเตอร์ของระบบควอนตัมแบบโต้ตอบสามระบบได้อย่างไร ได้รับการพัฒนาโดยCharles Downingที่มหาวิทยาลัย Exeter และDavid Zuecoที่มหาวิทยาลัย Zaragoza งานของพวกเขาสามารถสร้างแรงบันดาลใจในการออกแบบส่วนประกอบระดับนาโนใหม่สำหรับจัดการปฏิสัมพันธ์ระหว่างพลังงานและสสาร
แนวคิดเรื่องการตอบแทนซึ่งกันและกันสามารถพบได้ในธรรมชาติ
ตั้งแต่การเห็นแก่ผู้อื่นในอาณาจักรสัตว์ ไปจนถึงกฎข้อที่สามของนิวตัน ซึ่งทุกการกระทำจะต้องมีปฏิกิริยาที่เท่าเทียมกันและตรงกันข้าม บางครั้งการไหลแบบสองทางนี้อาจเสียหายได้ และอาจนำไปสู่การพัฒนาส่วนประกอบที่มีประโยชน์ เช่น ไดโอด ซึ่งยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียวเท่านั้น
ทุกวันนี้ ฟิสิกส์ของสสารควบแน่นกำลังได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นอย่างมากในการสร้างโครงสร้างนาโนที่มอบความไม่สอดคล้องกันในระดับโมเลกุล ระบบเหล่านี้มักใช้ประโยชน์จากกฎของกลศาสตร์ควอนตัมและเกี่ยวข้องกับการใช้ metamaterial ซึ่งปฏิวัติการควบคุมปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและสสาร
สนามแม่เหล็กสังเคราะห์ในการศึกษาสถานที่สำคัญในปี 2017 ทีมงานที่นำโดย Pedram Roushan จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาบาร์บารา (ปัจจุบันอยู่ที่ Google) ได้สร้างวงสามเหลี่ยมที่มีควิบิตตัวนำยิ่งยวด 3 ตัว โดยโฟตอนสามารถหมุนเวียนได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น ในเครื่องตัดแต่งควอนตัมนี้ ทิศทางของการไหลสามารถปรับได้โดยใช้สนามแม่เหล็กสังเคราะห์ ซึ่งสร้างขึ้นโดยการเปลี่ยนแปลงความแรงของการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างสามควิบิตแบบไซน์
จากงานนี้ Downing และ Zueco ได้ออกแบบคำอธิบายเชิงทฤษฎีทั่วไปเพิ่มเติมของ quantum trimer โดยอิงจากคลัสเตอร์สามเหลี่ยมของระบบควอนตัมสองระดับ สิ่งเหล่านี้มีอยู่ในการทับซ้อนของสถานะควอนตัมสองสถานะ – และสามารถสร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการจากระบบทางกายภาพที่หลากหลาย เหล่านี้รวมถึง qubits ตัวนำยิ่งยวด, อะตอม ultracold และการแกว่งของพลาสมาเชิงปริมาณ (plasmons) ในอนุภาคนาโนของโลหะ
ทั้งคู่แสดงให้เห็นว่าการปรับสนามแม่เหล็กสังเคราะห์
ทำให้สามารถควบคุมทิศทางการไหลของพลังงานรอบกระจุกดาวได้ การตั้งค่าช่วยให้พวกเขาศึกษาการกระตุ้นอย่างเต็มรูปแบบที่เป็นไปได้ในกระจุกสามเหลี่ยม มากกว่าที่จะเป็นเพียงการกระตุ้นเพียงครั้งเดียว พวกเขายังสามารถพิจารณาผลกระทบที่เป็นอันตรายของการกระจายพลังงานต่อกระแสควอนตัมที่ไม่กลับกันได้
สถานะของสสารที่แปลกใหม่
ผลลัพธ์ของพวกเขาปูทางสำหรับการศึกษาทดลองใหม่เกี่ยวกับกระแสทิศทางระดับนาโน ซึ่งอาจนำไปสู่การพัฒนาวิธีการใหม่ในการควบคุมการไหลของพลังงานและข้อมูล การวิจัยยังอาจนำไปสู่การศึกษาใหม่เกี่ยวกับสถานะของสสารที่แปลกใหม่ซึ่งมีการโต้ตอบกับระบบควอนตัมอย่างมากคอมพิวเตอร์ควอนตัมแสดงให้เห็นว่าผลึกเวลาเป็นเฟสของสสาร
Downing กล่าวว่า “การคำนวณของเราให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการที่อาจกระตุ้นการขนส่งตามทิศทางในโครงตาข่ายนาโนปิดของอะตอมและโฟตอนที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรง ซึ่งอาจนำไปสู่การพัฒนาอุปกรณ์ใหม่ที่มีลักษณะเป็นทิศทางสูง” Downing กล่าว
วิธีใหม่ในการแปลงแสงอินฟราเรดเป็นความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ ทำให้สามารถตรวจจับและวัดสัญญาณอินฟราเรดช่วงกลางได้โดยใช้เซ็นเซอร์ราคาถูกและมีประสิทธิภาพ เช่นเดียวกับที่พบในกล้องโทรศัพท์มือถือ วิธีการที่พัฒนาขึ้นโดยอิสระโดยนักวิจัยสองทีม สามารถนำไปใช้ในด้านต่างๆ ได้หลากหลาย เช่น ยาเฉพาะบุคคล การตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม และความปลอดภัย
แม้ว่าโมเลกุลจำนวนมากจะเปล่งแสงในบริเวณอินฟราเรด
ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า แต่การตรวจจับ “ลายเซ็น” ของสเปกโตรสโกปีพลังงานต่ำเหล่านี้มักจะต้องใช้อุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยความเย็นที่มีราคาแพง ในทางตรงกันข้าม การตรวจจับแสงที่มองเห็นนั้นค่อนข้างตรงไปตรงมา – มากจนแม้แต่กล้องสมาร์ทโฟนก็ยังดีพอที่จะใช้แอพพลิเคชั่นทางสเปกโตรสโกปี
ในงานล่าสุด ความร่วมมือระดับนานาชาติที่นำโดยChristophe Gallandแห่ง EPFL ในสวิตเซอร์แลนด์และJeremy Baumbergจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร ได้ “แปลง” แสงอินฟราเรดเป็นความยาวคลื่นที่มองเห็นได้โดยใช้เทคนิคทางแสง ทั้งสองกลุ่มเริ่มต้นด้วยการสร้างช่องนาโนกว้างประมาณ 1 นาโนเมตร และวางโมเลกุล biphenyl-4-thiol (BPT) ชั้นเดียวไว้ภายใน โมเลกุลเหล่านี้มีโหมดการสั่นที่กระตุ้นด้วยแสงอินฟราเรดช่วงกลาง (MIR) และการมีอยู่ของโพรงช่วยให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างแสงและสสารที่รุนแรง สร้างเรโซแนนซ์ plasmonic ที่เสริมและสนับสนุนทั้ง MIR และแสงที่มองเห็นได้
ขั้นตอนต่อไปคือการตรวจจับโหมดการสั่นโดยใช้ลำแสงที่มองเห็นแยกกันเพื่อดำเนินการ Raman spectroscopy ซึ่งเป็นเทคนิคการกระเจิงด้วยแสงที่วัดโฟตอนที่กระจัดกระจายอย่างไม่ยืดหยุ่น จากนั้นพลังงานของโหมดการสั่นสะเทือนจะถูกวัดโดยตรงจากการเปลี่ยนความถี่ในโฟตอนเมื่อสูญเสียพลังงาน (สโต๊คกะ) หรือได้รับพลังงาน (การเปลี่ยนสโตกส์) จากการกระเจิง ในที่สุด ความแรงของ MIR สามารถอ่านได้จากความเข้มของการปล่อยก๊าซต่อต้านสโต๊ค
การออกแบบนาโนคาวิตี้เทคนิคของทั้งสองทีมแตกต่างกันโดยส่วนใหญ่ในการสร้างช่องนาโนและธรรมชาติของเลเซอร์ที่ใช้ในการกระตุ้นและตรวจจับโหมดการสั่น Galland และเพื่อนร่วมงานสร้างช่องนาโนโดยการวางอนุภาคนาโนทองคำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 150 นาโนเมตรภายในร่องที่ฝังอยู่ในฟิล์มทองคำที่ปกคลุมด้วยชั้นเดียวของ BPT การปรากฏตัวของโมโนเลเยอร์จะสร้างช่องว่าง 1 นาโนเมตรระหว่างพื้นผิวทองคำทั้งสองที่ทำหน้าที่เป็นช่องนาโน
ความถี่เรโซแนนซ์อินฟราเรดควบคุมโดยความยาวของร่องนาโน และเลือกเป็น 2 µm เพื่อให้ตรงกับโหมดการสั่นของโมเลกุล BPT ทีม EPFL ใช้เลเซอร์ความยาวคลื่นแบบต่อเนื่องโดยมีความยาวคลื่นอินพุต 9.3 µm เพื่อกระตุ้น BPT ในขณะที่โฟกัสเลเซอร์ตัวที่สองที่ปรับไปที่ 740 นาโนเมตรบนตัวอย่างเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงของสโต๊ค บาคาร่าเว็บตรง
