Een internationale onderzoeksgroep, samen met wetenschappers van de MSU, hebben een tijdsopgeloste spectroscopiemethode ontwikkeld waarmee snelle processen in monsters kunnen worden bestudeerd. De nieuwe methode werkt door het analyseren van gekwantiseerd licht dat door een monster wordt doorgelaten zonder het gebruik van femtosecondelasers en complexe detectiesystemen. Dit ontwerp is veel goedkoper dan het huidige model, en stelt onderzoekers in staat een monster te bestuderen zonder het te vernietigen. Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

Een van de meest gebruikelijke manieren om interacties en processen in een stof te onderzoeken, is het meten van de tijd waarin een monster reageert op externe elektromagnetische velden die de stof beïnvloeden. Volgens deze maatregel het is mogelijk om te beoordelen welke verbanden er zijn tussen de componenten van de stof. Omdat deze tijden vaak worden gemeten in femtoseconden (10 ^-15 seconden), onderzoekers gebruiken femtoseconde-lasers die ultrakorte pulsen kunnen genereren.

Het probleem is dat femtosecondelasers een hoog vermogen hebben, en kan daarom het monster beschadigen; ten tweede, deze lasers zijn duur. Om dit probleem op te lossen, de onderzoekers hebben een schema ontwikkeld waarmee monsters met enkele fotonen kunnen worden bestudeerd en gewone lasers kunnen worden gebruikt om ze te produceren.

De opstelling bestaat uit een eenvoudige interferometer die het mogelijk maakt om de interferentie van licht nauwkeurig te meten. In het samengestelde circuit, een niet-lineair kristal bevindt zich op het laserpad. Paren verstrengelde fotonen die in het kristal worden geproduceerd, vliegen onder een bepaalde hoek weg. Kwantumverstrengeling bestaat uit twee of meer afzonderlijke deeltjes waarvan de fysieke eigenschappen zo gecorreleerd zijn dat de kwantumtoestand van elk deeltje niet onafhankelijk kan worden beschreven.

"Dankzij dit ontwerp, we kunnen femtoseconde tijden meten zonder een femtoseconde laser, met behulp van enkele fotonen, " legde de co-auteur van het artikel uit, een afgestudeerde student aan de Faculteit der Natuurkunde van de Lomonosov Moscow State University, Elizaveta Melik-Gaykazyan.

Het testmonster wordt in een arm van de interferometer geplaatst. Een foton van het verstrengelde paar gaat er doorheen en raakt de bundelsplitser, waar het zijn tegenhanger ontmoet, die door de tweede arm is gegaan. Daarna, de fotonen vallen op een van de twee detectoren, die reageren op enkele fotonen. Dat maakt het mogelijk om een ​​coïncidentiecircuit te construeren - als beide fotonen naar dezelfde detector gaan, nul toeval bestaat; als ze naar verschillende detectoren gaan, de coïncidentiewaarde is één. Op het moment dat de vertraging tussen de twee armen absoluut identiek wordt, kwantuminterferentie treedt op - toeval verdwijnt volledig, aangezien fotonen nooit tegelijkertijd op beide detectoren zullen vallen.

Als het monster zich in het pad van de fotonen bevindt, het patroon van kwantuminterferentie begint te veranderen. In dit geval, de paren verstrengelde fotonen die naar de splitter komen, worden minder "identiek" dan in een situatie zonder monster. Daarom, de fotonontvangststatistieken op de twee detectoren veranderen, en via de statistische wijzigingen, onderzoekers kunnen de aard van de interacties in de onderzochte stof beoordelen, bijvoorbeeld ze kunnen de overgangstijd schatten van de aangeslagen toestand naar de niet-aangeslagen toestand.

Voor haar werk, Melik-Gaikazyan bouwde een experimentele opstelling, het interferentiepatroon gemeten met en zonder het testmonster, experimentele gegevens verkregen en geanalyseerd. De onderzoekers hebben de methode getest en geverifieerd op twee monsters:een aluminium-yttrium-granaat met neodymium en een matrix van diëlektrische nanodeeltjes.

"De nieuwe methode om onbekende stoffen te analyseren kan worden gebruikt in de chemie, biologie, en materiaalkunde, " zei Melik-Gaykazyan. "Bovendien, het kan handig zijn bij het maken van een kwantumcomputer, en bij het proberen te begrijpen hoe kwantumlicht te gebruiken in informatietechnologie."