Să începem cu radiațiile electromagnetice. După cum probabil vă aduceți aminte, faimosul fizician german Max Planck a descoperit la începutul secolului 20 natura sa discretă, care se ocupă de problema radiației termice a corpurilor încălzite. El a descoperit că undele electromagnetice sunt radiate nu continuu, ci în loturi - "quanta". Ulterior, această idee a fost dezvoltată de Einstein în explicarea efectului fotoelectric, iar unitatea de cuantificare a fost numită "constanta Planck" (și desemnată prin litera h).
Să-mi amintesc - constanta lui Planck. Acum chiar eliberează tricouri.
Aceasta este cuantumul fizicii radiații electromagnetice „le-a numit“ foton și a început să-l folosească împreună cu alte particule - electroni, protoni, neutroni, etc. Tot ce a trebuit să gust și în viitor, există mai multe astfel de particule „virtuale“, indică cuantumul oricărui domeniu care fizica a fost dat o varietate de nume - gravitoni, polaritons, excitonilor, fononi și altele. Le vom spune despre ele o altă dată și acum ne vom ocupa de fononi.
Să ne amintim cum de obicei ne imaginăm un corp solid (cristalin) pe o microscală. Atomii și moleculele, aranjate într-o anumită ordine, care este adesea numită latură cristalină sau structura cristalină a materiei. Exemple de astfel de structuri pot fi văzute în imaginea de mai jos. Phonon, în termeni simpli, este cuantumul vibrației mecanice a unei rețele de cristal într-un solid.
Exemple de laturi cristaline. Sursa: 900igr.netkartinkikhimijaKristallicheskie-i-amorfnye-tela006-Kristallicheskaja-reshetka.html
Cumva a fost dificil. Să încercăm din nou. Imaginați-vă un atom din nodul laturii cristaline, care într-un fel sa mutat din poziția sa de echilibru. În același timp, forțele care acționează asupra acelui atom asupra vecinilor săi de-a lungul rețelei s-au schimbat, astfel încât și ei trebuie să înceapă să se miște, influențând, la rândul lor, pe vecinii lor și împrăștiindu-i în continuare entuziasmul. Cea mai mică parte indivizibilă a unei astfel de excitații mecanice este numită fonon. De altfel, conceptul de fonon a fost propus inițial de fizicianul sovietic Igor Tamm în 1932.
Ce avem în cele din urmă? Două particule - un foton și un fonon, care din punct de vedere al mecanicii cuantice sunt foarte asemănătoare unul cu altul - sunt doar cuantele excitațiilor, care au natură diferită, dar sunt descrise de aceleași formule. În plus, fotonii și fononii pot interacționa unul cu celălalt și se pot genera reciproc. Aceasta este originea "opto-mecanicii", care studiază sistemele în care fotonii și fononii interacționează la nivelul cuantic. Vom detalia mai detaliat exact cum se întâmplă acest lucru.
O cometă zburând în jurul Soarelui. Sursa: astronom-us.rufizprirodakomety-ih-dvizhenie-i-priroda.html
Încă din secolul al XVII-lea, celebrul Johann Kepler a observat că coada cometă a fost întotdeauna îndreptată de la Soare, de unde a făcut concluzia corectă despre prezența luminii în lumină. Acest lucru a fost confirmat experimental numai la începutul secolului al XX-lea, grație muncii depline a lui Pyotr Nikolaevich Lebedev. și mai târziu, în anii 30 ai secolului XX, s-au efectuat cu succes experimente privind transferul momentului fotonului la atomi și chiar la corpurile macroscopice.
Lucrările celei de-a doua jumătăți a secolului al XX-lea s-au axat pe studiul unui sistem simplu conceptual, exemplul căruia este prezentat în imaginea de mai jos. Are o oglindă translucidă prin care pot penetra fotonii și o oglindă opacă fixată pe un arc mecanic la care fotonii își pot transmite impulsul. Privind la acest sistem din partea cealaltă, puteți vedea două oscilatoare "conectate" - optice (fotoni care zboară între oglinzi - așa-numitul rezonator Fabry-Perot) și o oglindă mecanică pe un arc.
Un exemplu de sistem opto-mecanic standard. Imagine: C Baker
Astfel de sisteme sunt teoreticieni preaiubit și bine descrise, atât în perspectivă clasică și cuantică, iar studiul lor experimental a început în anii 60-70 a secolului 20 în Uniunea Sovietică în Departamentul de Fizică de la Universitatea de Stat din Moscova. Două munca de pionierat a fost folosit in loc de rezonatoare cu microunde optice, în cazul în care o undă staționară a fotonilor cu microunde formate în cavitatea metalică (diagrama acestui experiment este prezentat mai jos) ca primul experiment cu fotoni optici a fost livrat în 1983 an. Aceste studii au arătat posibilitatea de a slăbi sau amplifica oscilațiile mecanice ale sistemului cu ajutorul presiunii radiației fotonilor.
Schema experimentului de pionierat. Sursa: hbar.phys.msu.ruarticles70a1BrMaTi.pdf
Acest lucru încheie primul nostru articol despre opto-mecanică, care, sperăm, vă va servi ca o introducere bună la acest subiect! În următorul articol vom efectua o analiză teoretică a sistemelor optico (da, formula va fi!), Și apoi să vă spun despre saltul uriaș care a avut loc în acest domeniu, în primul deceniu al secolului 21, datorită tehnologiei de micro- și nano-fabricare.
P.S. Nu uitați să vă alăturați comunității noastre și să vă împărtășiți interesele cu prietenii dvs.! 😉
Trimiteți-le prietenilor: