慢光新技术征服X光波段

2013-11-14 admin1 111

  利用原子团让光减速并加以储存并非新鲜事,但是德国物理学家最近首度在核子系统中办到了。他们让X光通过纳米级的铁层,观察到了电磁诱发透明(electromagnetically induced transparency, EIT)效应,而EIT是慢光现象的证据。此研究也是第一个利用双能阶而非三能阶达成EIT的方法,或许能协助发展出目前缺少的X光控制组件。

  EIT是指一些特殊的材料原本在某一波长下为不透明,但外加一波长稍微不同的控制光后,该波长的光就能穿透材料。如果控制光开关得当,EIT可以用来减慢光速,将光脉冲储存在介质中达一秒之久。

  EIT材料中的原子必须有三个能阶,且其中一对能阶间不允许电子跃迁。这种条件在原子系统中不难找到,但在原子核系统中却很罕见。DESY实验室的Ralf Röhlsberger等人想出一个方法,让双能阶原子核系统的表现看起来像三能阶,以便实现EIT。

  DESY团队将两层厚2 nm的铁夹在相距45 nm的两片铂反射镜之间,X光在铂镜围成的空腔中形成驻波,两层铁分别位于波峰与波谷处。铁层的成份是原子量57的铁同位素,它的两个核子能阶相差14.4 keV,正好对应一个X光光子的吸收或放射。在驻波中,波峰处与波谷处的高能阶有一能量上的相对改变,再加上低能阶,相当于形成三能阶系统。

  该团队利用能量为14.4 keV的同步幅射X光源进行两回实验。在第一回实验中,他们让X光依序通过位于波谷及波峰的铁层,接着将顺序对调进行第二回实验,结果发现第二回的反射光较强,这点与跃迁能量为14.4 keV的原核子共振散射预测相符。不过在第一回实验中,反射率有一明显凹陷,代表原本不透明的铁层变透明了,证明EIT的出现。有别于一般的EIT,此处并未使用控制光,而是由铁层间的电磁交互作用扮演控制光的角色。

  Röhlsberger表示,这套系统也能用来制造X光慢光(slow X-ray),使X光也能跻身量子信息系统的行列。就量子信息应用而言,X光光子几乎能被百分之百的侦测到,这是它们相对于可见光的优势。 Röhlsberger也相信此技术能应用到其它不具备三能阶的光学系统(例如量子点),协助实现EIT。

 

 

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