Зал зеркал: эффект ЭИП получен в ядерной системе
Hall of mirrors: EIT achieved in a nuclear system
Физики создают новые технологии с медленным светом
Физическое явление, которое широко используется для замедления и хранения световых импульсов в облаках атомов, было показано впервые в системе ядерных энергетических уровней. Прорыв был сделан группой физиков в Германии, которые увидели доказательство этого феномена, известного как электромагнитно-индуцированная прозрачность (ЭИП), когда рентгеновские лучи проходят через нанометровые слои железа. Исследователи считают, что их метод, который также является первым по достижению эффекта ЭИП с использованием только двух энергетических уровней вместо обычных трех, мог бы привести к разработке устройств для управления рентгеновскими лучами, что в настоящее время очень сложно сделать.
ЭИП происходит в специальной среде, которая обычно не пропускает свет на определенной длине волны, но ее можно сделать прозрачной, применив второй «контрольный» луч света с несколько иной длиной волны. Если этот контрольный луч включать и выключать в нужное время, то ЭИП можно использовать для замедления импульса света, так что он фактически хранится в среде секунду и более.
ЭИП требует, чтобы атомы среды имели определенную конфигурацию из трех уровней энергии, в которой переходы между уровнями одной конкретной пары были запрещены. Хотя такие трехуровневые конфигурации могут быть найдены во многих атомных системах, они не доступны в ядерных системах. Чтобы обойти эту проблему, Ральф Рользбельгер (Palf Röhlsberger) и его коллеги из лаборатории DESY в Гамбурге разработали способ сделать двухуровневую ядерную систему, ведущую себя подобно трехуровневой системе, пригодной для ЭИП. Исследователи также надеются, что подобные методы могут быть применены к другим двухуровневых систем, таких как квантовые точки.
Уровни железа-57
Экспериментальная установка состоит из двух слоев железа толщиной 2 нм между двумя зеркалами из платины. Зеркала разнесены на 45 нм друг от друга и создают полость, в которой поддерживается стоячая волна рентгеновского излучения. Один из слоев железа находится на пике стоячей волны, а другой во впадине. Слои сделаны из изотопа железа 57, который имеет два ядерных уровня с энергией перехода 14,4 кэВ. Это соответствует поглощению и испусканию жесткого рентгеновского фотона. В стоячей волне, однако, верхний уровень ядра в пике смещен относительно верхнего уровня ядра во впадине - тем самым обеспечивая трехуровневую систему.
Группа подтвердила, что система подходит для ЭИП используя рентгеновские импульсы с энергией 14,4 кэВ, генерируемых синхротроном PETRA III из лаборатории DESY. Исследователи рассмотрели две разных конфигурации. В первом случае импульсы поступают полость, а затем проходят через слой железа, расположенный во впадине стоячей волны, а затем через слой в пике. В другой конфигурации, импульсы проходят сначала через слой, расположенный в пике стоячей волны. В последнем случае, большая часть интенсивности импульса отражается от системы - и это ожидаемо как результат процесса, называемого ядерным резонансным рассеянием, связанным с переходом на 14,4 кэВ.
Однако, в конфигурации, где импульс попадает сначала в слой во впадине, происходит резкое падение коэффициента отражения - это означает, что вместе два слоя железа стали прозрачны для рентгеновских лучей, которые они, как правило, отражают. Это, по мнению Рользберга и коллег, свидетельствует об эффекте ЭИП.
Нет необходимости в управляющем импульсе
Хотя создание прозрачного окна показывает, что в системе происходит эффект ЭИП, но это не обычный эффект ЭИП, поскольку он не требует применения управляющего импульса. В этом случае, электромагнитное взаимодействие между двумя слоями железа играет роль управляющего импульса.
Согласно Рольсбергеру, также должно быть возможно создание «медленных рентгеновских лучей» с помощью такой системы. В самом деле, он сказал для
physicsworld.com
, что система может быть использована для создания линии задержки рентгеновских лучей - то, что в настоящее время очень трудно достичь. Эта новая возможность манипулировать рентгеновскими лучами может привести к использованию их в квантовых информационных системах, считает Рольсбергер. Рентгеновские лучи являются привлекательными для этого приложения, поскольку, в отличие от фотонов видимого света, рентгеновские фотоны могут быть обнаружены с эффективностью близкой к 100%. Одно из приложений — эксперименты по проверке возможных лазеек в квантовой запутанности, которые относятся к эффективности детектора.
Рольсбергер также считает, что их технология может быть использована для достижения ЭИП в оптических системах, которые не имеют соответствующей трех уровневой конфигурации - таких, как квантовые точки.