Gebaseerd op de National Research Nuclear University MEPhI (Rusland), een onderzoeksteam onder leiding van prof. Yuri Rakovich heeft een afstembare microresonator ontwikkeld voor hybride energietoestanden tussen licht en materie, waarbij licht wordt gebruikt om de chemische en biologische eigenschappen van moleculen te regelen. De resultaten zijn gepubliceerd in de Beoordeling van wetenschappelijke instrumenten .

De micro-resonator is een tweespiegelval voor het licht, met de spiegels naar elkaar gericht binnen enkele honderden nanometers. Een foton gevangen in de val zou een gelokaliseerde toestand van een elektromagnetische golf vormen. Door de vorm en grootte van de resonator te wijzigen, operators kunnen de ruimtelijke verdeling van de golf regelen, evenals de duur van het leven van het foton in de resonator.

De nieuwe uitvinding maakt het mogelijk om met behulp van licht de chemische en biologische eigenschappen van moleculen te sturen. De microresonator kan dienen als basis voor instrumenten van de nieuwe generatie die kunnen worden gebruikt in biologische en chemische detectie, evenals om de snelheid van chemische reacties en de efficiëntie van de energieoverdracht te regelen.

De resonantie-interactie tussen kwantumstralers en een gelokaliseerd elektromagnetisch veld is vooral van belang omdat het de mogelijkheid biedt om de eigenschappen van hybride toestanden van licht-materie te regelen. Het licht en de materie in deze systemen vormen een tussentoestand met veranderde eigenschappen die met behulp van optische emissie (licht) regelbaar zijn. Een van de manieren om deze toestanden te induceren, is door emitterende of absorberende moleculen in een resonator te plaatsen.

Volgens de wetenschappers hun afstembare micro-resonator zal relevant onderzoek aanzienlijk vereenvoudigen en uitbreiden door het mogelijk te maken om licht-materie-interacties in zowel sterke als zwakke communicatiemodi te analyseren voor monsters van vrijwel elke materie in het UV-IR-spectrum.

Het instrument is een Fabry-Perot microresonator (λ2) bestaande uit spiegels, een platte en een convexe, die op zijn minst in één punt op het oppervlak van laatstgenoemde het planparallelisme veiligstellen, waardoor het modusvolume wordt geminimaliseerd. Dit is een lichtval van twee spiegels die binnen minder dan een lichtgolflengte voor elkaar zijn geplaatst, volgens prof. Yuri Rakovich, een vooraanstaand onderzoeker bij het MEPhI Laboratory of Hybrid Photon Nano-Materials.

Als een lichtkwantum in de val valt of wordt uitgezonden door een lichtbron in de resonator, het wordt herhaaldelijk weerkaatst door de spiegels, die fotonen verbindt met de eigen energietoestanden van de microresonator.

"We kunnen de eigenschappen van licht en de effectiviteit van de val controleren door de vorm en grootte van de resonator te wijzigen, ' zei Rakovitsj.

De micro-resonator is gemakkelijk te gebruiken en het ontwerp is eenvoudig genoeg om de industriële productie te starten. Het kan niet alleen worden gebruikt in instrumenten die bedoeld zijn om de snelheid van chemische reacties te regelen, maar ook als basis voor de ontwikkeling van zeer effectieve lichtbronnen en nieuwe lasers met een lage controlegeneratiedrempel.

Het instrument biedt nieuwe mogelijkheden voor het bestuderen van de effecten van sterke en zwakke verbindingen op combinatorische verstrooiing, de snelheid van chemische reacties, elektrische geleidbaarheid, laser generatie, niet-stralende energieoverdracht, en andere fysieke, chemische en biologische functies. Dit betekent ook een belangrijke stap voorwaarts in het ontwikkelen van verschillende praktische toepassingen van het licht-materie verbindingseffect, voornamelijk om fysieke, chemische en biologische processen.