Вакуум и его флуктуации
Вакуум часто считают пустым, но на самом деле он наполнен мимолётными энергетическими флуктуациями — виртуальными фотонами, которые возникают и исчезают, взаимодействуя с материей и порождая новые, потенциально полезные свойства.
Использование оптических полостей
Исследователи используют оптические полости — структуры, сделанные из зеркал, обращённых друг к другу, — чтобы ограничить эти флуктуации и использовать их эффекты для создания новых форм материи.
Новая конструкция полости
Обычные оптические полости усиливают флуктуации или вакуумные поля как для право-, так и для левосторонне поляризованного света. Исследователи из Университета Райса и их коллеги разработали новую конструкцию полости, которая селективно усиливает квантовые вакуумные флуктуации поляризованного света в одном направлении, достигая хиральности — результата, который обычно требует использования сильного магнитного поля.
Согласно исследованию, опубликованному в Nature Communications, исследовательская группа под руководством Джуничиро Коно использовала слегка легированный антимонид индия для создания хиральной полости. Исследователи также провели комплексные теоретические исследования, чтобы предсказать, как новая конструкция полости изменит свойства материалов, помещённых в неё.
Они обнаружили, что графен — прочный, лёгкий одноатомный слой атомов углерода, расположенных в гексагональной решётке, — будет преобразован в специальный изолятор, полезный в приложениях квантовых вычислений.
Перспективы новой конструкции
Новая хиральная конструкция полости открывает возможности для управления свойствами материалов без необходимости использования высоких магнитных полей или других внешних стимулов.
«В отличие от традиционных подходов, которые полагаются на сильный магнетизм или другие экстремальные условия для индуцирования трансформаций материалов, наша модель предлагает преобразовывать материал, просто помещая его в полость», — сказал Коно, профессор инженерии Карла Ф. Хасселмана в Университете Райса, профессор электротехники и вычислительной техники, материаловедения и наноинженерии и директор Института Смаллей-Керла.
«Наша хиральная полость предлагает платформу для использования тонких, но мощных квантовых эффектов вакуума для создания новых свойств материалов, потенциально прокладывая путь для новых квантовых устройств и технологий».