Музыка света — как связаны лазеры, наночастицы и музыкальные инструменты

Вторник, 21 сентября 2021 г.

Следите за нами в ВКонтакте, Facebook'e и Twitter'e

21.09.2021, 06:00 Исследователи-физики из Университета Бата в Великобритании открыли новый физический эффект, связанный с взаимодействием света и кручением поверхностей — вероятно, он будет иметь значение для наноматериалов в ультратонких оптических компонентах. Казалось бы, связать такие понятия попросту невозможно! Однако мы говорим о волнах, а они функционируют очень похоже. Многие базовые вещи не будут зависеть от того, говорим мы об акустических волнах, или же об излучении видимого света. Содержание статьи

1. «Музыкальная» теория 2. Поворот в исследованиях 3. Зачем это нужно? Скрыть

Физики-лазерщики открыли интересный эффект, связанный с взаимодействием излучения с веществом. Между тем, излучение во многом напоминает музыку — расскажем, как они связаны. «Музыкальная» теория

У всех инструментов есть тембр — когда воспроизводится музыкальная нота (звук с частотой fs), инструмент создает гармоники (частоты, кратные исходной частоте, то есть. 2fs, 3fs, 4fs, 5fs, 6fs и так далее). Точно так же, когда свет определенного цвета (с частотой fc) освещает материалы, эти материалы могут создавать новые частоты, также называемые гармониками (световые частоты 2fc, 3fc, 4fc, 5fc, 6fc и так далее). Гармоники света раскрывают сложные свойства материалов, которые находят применение в медицинской визуализации, связи и лазерных технологиях.

Например, практически каждая зеленая лазерная указка на самом деле не зеленая! На деле, якобы зеленые указки изначально инфракрасные, и их свет невидим для человеческого глаза. Но зеленый свет, который мы видим, является второй гармоникой (удвоенной частотой) инфракрасной лазерной указки, и он создается специальным кристаллом внутри указателя, с которым взаимодействует излучение.

Как в музыке, так и в физике, некоторые частоты «запрещены» — их нельзя услышать или увидеть, потому что инструмент или материал активно их подавляют. Например, кларнет имеет форму прямого цилиндра и подавляет все четные гармоники (2fs, 4fs, 6fs и так далее) и воспроизводит только нечетные гармоники (а именно 3fs, 5fs, 7fs…). Саксофон же имеет коническую и изогнутую форму, которая разрешает все гармоники и даёт более богатое и плавное звучание. В некоторой степени аналогично, когда свет с круговой поляризацией падает на металлические наночастицы, рассеянные в жидкости, нечетные гармоники света не распространяются вдоль направления движения света, а значит, соответствующие цвета «запрещены». Поворот в исследованиях

Международная группа ученых во главе с исследователями физического факультета Университета Бата нашла способ выявить запрещенные цвета. Чтобы добиться этого результата, они «закрутили» свое экспериментальное оборудование.

Идея о том, что закручивание наночастиц или молекул может быть обнаружено через «чётные» гармоники света, была впервые сформулирована более 40 лет назад молодым докторантом Дэвидом Эндрюсом. Дэвид считал, что эффекты в его теории слишком неуловимы, чтобы ее можно было проверить экспериментально, однако у учёных получилось. Поворот наночастиц можно наблюдать как в чётных, так и в нечетных гармониках света. К слову, ныне профессор Дэвид Эндрюс выступил соавтором исследования.

Команда рассказала, что изначально они были очень близки к тому, чтобы упустить открытие.  Первоначальное оборудование было плохо настроено, поэтому на третьей гармонике эффект был незаметен. К счастью, учёные это заметили и решили проблему. Зачем это нужно?

С практической точки зрения, этот результат интересен для использования в наноробототехнике и тонких оптических компонентах. Например, «закручивание» наночастиц может задавать значение информационных битов (0 или 1 в зависимости от того, влево или вправо закручена частица). Кроме того, методика применима для анализа химических реагентов.

Профессор Эндрюс добавил: «Профессор Валев сделал международную команду настоящими первопроходцами в прикладной фотонике. Приглашение принять участие вернуло меня к теоретической работе, которойя занимался после докторантуры. Удивительно видеть, как много лет спустя это воплотилось в жизнь».

Исследование опубликовано в журнале Laser & Photonic Reviews

Следите за нами в ВКонтакте, Facebook'e и Twitter'e


Просмотров: 142
Рубрика: Hi-Tech
(CY)

Архив новостей / Экспорт новостей

Ещё новости по теме:

RosInvest.Com не несет ответственности за опубликованные материалы и комментарии пользователей. Возрастной цензор 16+.

Ответственность за высказанные, размещённую информацию и оценки, в рамках проекта RosInvest.Com, лежит полностью на лицах опубликовавших эти материалы. Использование материалов, допускается со ссылкой на сайт RosInvest.Com.

Skype: rosinvest.com (Русский, English, Zhōng wén).

Архивы новостей за: 2018, 2017, 2016, 2015, 2014, 2013, 2012, 2011, 2010, 2009, 2008, 2007, 2006, 2005, 2004, 2003