חוקרים מהאוניברסיטה הלאומית של סינגפור הציגו "צימוד סופר-קריטי", תפיסה פורצת דרך שמשפרת מאוד את יעילות המרת הפוטונים למעלה. על ידי מינוף התופעות של "מצבים קשורים ברצף" (BICs), הצוות עבר את המגבלות המסורתיות, מה שאיפשר לכלוא אור ללא הגבלת זמן במבנים פתוחים. להתקדמות זו, שמציגה עלייה בסדרי גודל של שמונה בהירות ההמרה העליונה, יש השלכות עמוקות על השליטה בפליטת האור בקנה מידה ננו, מה שעלול להשפיע על פוטוניקה קוונטית ואזורים אחרים של התקנים פוטוניים. עבודה זו, שפורסמה ב-Nature, מסמנת שינוי פרדיגמה בננופוטוניקה ופותחת אפיקים חדשים למחקר.
מדענים מהאוניברסיטה הלאומית של סינגפור (NUS) הציגו מושג פורץ דרך המכונה "צימוד סופר-קריטי", אשר מגביר באופן משמעותי את היעילות של פוטון המרה למעלה. חידוש זה לא רק מבטל פרדיגמות קיימות אלא גם פותח כיוון חדש בשליטה על פליטת האור.
המרת פוטונים מעלה, תהליך המרת פוטונים בעלי אנרגיה נמוכה לפוטונים בעלי אנרגיה גבוהה יותר, היא טכניקה מכרעת עם יישומים רחבים, החל מהדמיה ברזולוציית סופר ועד להתקנים פוטוניים מתקדמים. למרות התקדמות ניכרת, החיפוש אחר המרת פוטונים יעילה התמודדה עם אתגרים עקב מגבלות מובנות בקרינה של ננו-חלקיקים מסוממים בלנתניד ותנאי הצימוד הקריטיים של תהודות אופטיות.
המושג "צימוד על-קריטי" ממלא תפקיד מרכזי בהתמודדות עם אתגרים אלה. גישה חדשה ביסודה זו, שהוצעה על ידי צוות מחקר בראשות פרופסור LIU Xiaogang מהמחלקה לכימיה של NUS ומשתף הפעולה שלו, ד"ר Gianluigi ZITO ממועצת המחקר הלאומית של איטליה, ממנפת את הפיזיקה של "מצבים קשורים ברצף" (BICs) ). BICs הם תופעות המאפשרות לכלוא אור במבנים פתוחים עם תקופות חיים אינסופיות תיאורטית, מעבר לגבולות של צימוד קריטי. תופעות אלו שונות מההתנהגות הרגילה של האור.
גישות חדשות ואימות ניסוי
על ידי מניפולציה של האינטראקציה בין מצבים כהים לבהירים בתוך מבנים אלה, בדומה לאנלוג הקלאסי של שקיפות מושרה אלקטרומגנטית, החוקרים לא רק שיפרו את השדה האופטי המקומי אלא גם שלטו במדויק על כיוון פליטת האור.
הממצאים שלהם פורסמו בכתב העת טֶבַע.
איור ממחיש את העיקרון של "צימוד סופר-קריטי" ופליטת המרה כלפי מעלה באמצעות צימוד BIC קצה סופר-קריטי. הוא מראה את הפריסה של ננו-הגביש הפוטוני עם גיאומטריית תא יחידה ומדגים המרה כלפי מעלה קולימטית שהושגה באמצעות צימוד סופר-קריטי המכוון בקצה. קרדיט: הטבע
האימות הניסיוני של צימוד סופר-קריטי מסמן קפיצת מדרגה משמעותית, ומדגים עלייה של שמונה סדרי גודל באור ההמרה למעלה. מערך הניסוי כולל ננו-גביש פוטוני מכוסה בננו-חלקיקים של המרה כלפי מעלה. ננו-חלקיקים אלה משמשים כמקורות בקנה מידה מיקרו ולייזרים. המאפיינים הייחודיים של BICs, המאופיינים בפיזור אור זניח ובמידות מיקרו של כתמי האור, נרתמו להשגת דיוק במיקוד ובקרה כיוונית של האור הנפלט. זה פותח אפיקים חדשים לשליטה במצב האור.
פרופ' ליו אמר, "פריצת דרך זו אינה רק תגלית בסיסית, אלא מייצגת שינוי פרדיגמה בתחום הננו-פוטוניקה, המשנה את ההבנה שלנו לגבי מניפולציה של אור ב- ננומטרי. ההשלכות של צימוד סופר-קריטי מתרחבות מעבר להמרה כלפי מעלה של פוטון ומציעות התקדמות פוטנציאלית בפוטוניקה קוונטית ומערכות שונות המבוססות על מהודים מצמודים."
"כשקהילת המחקר מתמודדת עם ההשלכות של עבודה זו, הדלת עומדת פתוחה לעתיד שבו ניתן לשלוט באור, אחד המרכיבים הבסיסיים ביותר ביקום שלנו, בדיוק ויעילות שאין שני להם", הוסיף פרופ' ליו.
