Мазеры, обладающие способностью обнаруживать и усиливать чрезвычайно слабые электромагнитные сигналы без добавления дополнительного шума, имеют множество потенциальных применений, включая производство более чувствительных сканеров магнитного резонанса, таких как те, что используются в аэропортах.
Несмотря на их открытие в 1950-х годах, развитие этой технологии шло медленно из-за сложных и дорогостоящих условий, необходимых для их создания — мазеры могут производиться только в очень холодных условиях, в вакууме и при высоком магнитном поле.
Доктор Джуна Сатиан из Нортумбрийского университета — один из ведущих экспертов Великобритании в области мазерных технологий. Вместе с коллегами из Имперского колледжа Лондона и Университетского колледжа Лондона она разработала мазер, работающий при комнатной температуре с использованием лазерного излучения. Однако этот метод дорогостоящий, и его сложно воспроизвести в повседневных приложениях.
Доктор Сатиан возглавила группу исследователей, изучающих использование светодиодов для создания доступной и энергоэффективной альтернативы, которая может быть использована в квантовых технологиях, межпланетной связи и портативных сенсорных устройствах.
Статья, подробно описывающая их прорыв, озаглавленная «Мазер при комнатной температуре, работающий на светодиодах», была опубликована в журнале Communications Engineering.
Исследование в Нортумбрии
Доктор Сатиан стремится привлечь больше молодых людей, особенно молодых женщин, к изучению естественных наук, техники, инженерии и математики (STEM). Она является членом комитета Института физики группы «Женщины в физике», а также заведующей кафедрой физики в Нортумбрии.
Описывая исследование, она сказала: «Эта новаторская работа представляет собой значительный шаг вперёд в направлении доступных, энергоэффективных мазерных технологий и подчёркивает исключительный вклад нашей команды женщин-учёных, ведущих это исследование».
«Заменив сложные лазерные системы недорогими светодиодами, мы открыли дверь для практических мазеров, которые могут работать при комнатной температуре, открывая захватывающий потенциал в квантовых технологиях, защищённой связи, исследованиях дальнего космоса и портативных сенсорных устройствах».
Многосинаптическая оптическая сеть превосходит цифровые модели ИИ
Учёные десятилетиями искали способы ускорить вычисления с помощью света. Фотонные нейронные сети — системы, использующие свет вместо электричества для обработки информации — обещают более высокую скорость и меньшее энергопотребление, чем традиционные электронные системы.
Но, несмотря на свой потенциал, эти системы изо всех сил пытались соответствовать точности цифровых нейронных сетей. Ключевая причина: большинство фотонных систем всё ещё имитируют структуру и методы обучения цифровых моделей, внося ошибки при переводе с программного обеспечения на аппаратное.
Теперь исследовательская группа из Северо-Западного политехнического университета и Юго-Восточного университета в Китае разработала новый вид фотонной нейронной сети, которая освободилась от этой цифровой имитации. Их конструкция, опубликованная в Advanced Photonics Nexus, использует физические преобразования света для обработки информации напрямую, без использования математических моделей.
Контроль тёмных экситонов в полупроводниковых квантовых точках
Экситоны — связанные пары электронов и электронной дырки — являются квазичастицами, которые могут возникать в твёрдых телах. В то время как так называемые «яркие» экситоны излучают свет и поэтому доступны, тёмные экситоны оптически неактивны. В результате они имеют значительно более длительное время жизни, что делает их идеальными для хранения и управления квантовыми состояниями и использования их для передовых методов генерации запутанности.
Грегор Вайс и его команда из Департамента экспериментальной физики в Университете Инсбрука вместе с исследователями из Дортмунда, Байройта и Линца продемонстрировали универсальный метод, который можно использовать для управления тёмными экситонами в полупроводниковых квантовых точках.
Работа опубликована в Science Advances. «Используя чирпованные лазерные импульсы и магнитное поле, мы можем управлять спиновым состоянием этих экситонов контролируемым образом и преобразовывать яркие экситоны в тёмные. Мы также можем обратить этот процесс и превратить тёмные экситоны обратно в яркие», — объясняют Флориан Каппе и Рене Шварц, первые авторы исследования.
published in Communications Engineering.”,”Carrying out the research alongside Dr. Sathian is Dr. Bethan Ford—a Senior Technician within Northumbria’s Faculty of Energy and Environment, and the first researcher to join the project at Northumbria. Her foundational postdoctoral work was critical to establishing the maser platform.”,”Final-year Ph.D. student Sophia Long is the first author of the paper, with her meticulous and sustained experimental efforts integral to achieving the LED-pumped maser’s successful operation.”,”Dr. Sathian is committed to encouraging more young people, especially young women, into STEM subjects, and is a committee member of the Institute of Physics’ Women in Physics Group, as well as Head of Physics at Northumbria.”,”Speaking about the research, she said, \”This pioneering work represents a significant advancement towards affordable, energy-efficient maser technology and highlights the exceptional contributions of our team of women scientists leading this research.”,”\”By replacing complex laser systems with low-cost LEDs, we have opened the door to practical masers that can operate at room temperature, unlocking exciting potential in quantum technologies, secure communications, deep-space exploration, and portable sensing.”,”\”Realizing this breakthrough required persistence, creativity, and precision across many disciplines, from materials design to photonic engineering, and I’m incredibly proud of the collaborative spirit and scientific rigor our team has shown. Having the right people, with the right mix of skills and a shared vision, was absolutely critical to achieving what has eluded the field for decades.”,”\”This is just the beginning. The future of maser research lies in developing compact, scalable systems that can be integrated into next-generation quantum and photonic platforms. We are now working to extend this technology into new materials, broader frequency ranges, and real-world applications, bringing masers from lab curiosity to everyday utility.\””,”The Northumbria research team worked in close partnership with leading international collaborators, including Dr. Lisa Lopez and Professor François Balembois, of the Institut d’Optique Graduate School, Université Paris-Saclay, France; Dr. Riccardo Montis, of the University of Urbino, Italy; Dr. Daan Arroo, Dr. Wern Ng and Professor Neil Alford, of Imperial College London; and Northumbria’s Dr. Hamdi Torun.”,”Professor Alford said, \”I’m delighted to see this work published—it’s the result of a really productive collaboration between Imperial and Northumbria and I look forward to the next challenge for the team.\””,”Professor Balembois added, \”LED-pumped luminescent concentrators promise a bright future as new sources combining power and brightness. We are proud to contribute to the emergence of LED-pumped MASER.\””,”\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tNorthumbria University\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t”,”\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Optics\n\t\t\t\t\t\t “]’>Источник