Een simpele druppel olijfolie in een systeem van fotonen die tussen twee spiegels stuiteren, heeft universele aspecten van faseovergangen in de natuurkunde onthuld. Onderzoekers van AMOLF gebruikten een met olie gevulde optische holte waarin licht faseovergangen ondergaat die vergelijkbaar zijn met die in kokend water. Het systeem dat ze bestudeerden heeft geheugen omdat de olie ervoor zorgt dat fotonen met zichzelf interageren. Door de afstand tussen de twee spiegels te variëren en de lichttransmissie door de spouw te meten, ze ontdekten een universele wet die faseovergangen beschrijft in systemen met geheugen. Deze resultaten worden op 15 april gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

De onderzoeksgroep Interacting Photons van AMOLF bestudeert niet-lineariteit en ruis in fotonische systemen. Een van dergelijke systemen is een holte, gevormd door twee spiegels die op korte afstand tegenover elkaar staan. Binnen de holte, licht kaatst heen en weer als het wordt gereflecteerd door de spiegels. Iets in zo'n optische holte stoppen, verandert de eigenschappen van het systeem. "We hebben een systeem met geheugen gemaakt door een druppel olijfolie in de holte te plaatsen, " zegt groepsleider Said Rodriguez. "De olie zorgt voor effectieve foton-foton-interacties, die we kunnen zien door de transmissie van laserlicht door deze holte te meten."

Scansnelheid

Rodriguez en zijn Ph.D. studenten Zou Geng en Kevin Peters analyseerden de transmissie terwijl ze de afstand tussen de twee spiegels met verschillende snelheden vergrootten en verkleinden. Ze ontdekten dat de hoeveelheid licht die door de holte wordt doorgelaten afhangt van de bewegingsrichting van de spiegels. "De transmissie van licht door de holte is niet-lineair. Op een bepaalde afstand tussen de spiegels, de hoeveelheid doorvallend licht hangt af van of we de holte openen of sluiten, Rodriguez legt uit. "Dit gedrag wordt hysterese genoemd. Het wordt ook waargenomen bij bepaalde faseovergangen, zoals in kokend water of magnetische materialen."

Universeel

Echter, in de holte met olijfolie, hysterese is niet altijd aanwezig, de onderzoekers observeerden toen ze de snelheid verhoogden waarmee de holte opent en sluit. Rodriguez:"Bij snellere scans, we zagen de hysteresis verdwijnen als functie van de scansnelheid. Dit gebeurt in een universeel tempo, onafhankelijk van parameters zoals lichtintensiteit of de sterkte van de niet-lineariteit. De vergelijkingen die beschrijven hoe licht zich gedraagt ​​in onze met olie gevulde holte, zijn vergelijkbaar met die voor verzamelingen van atomen, supergeleiders en zelfs hoge-energiefysica. Daarom, het universele gedrag dat we hebben ontdekt, zal waarschijnlijk ook in dergelijke systemen worden waargenomen."

Koppelholtes

Hoewel het interessant zou zijn om het universele schaalgedrag in andere systemen met geheugen te onderzoeken, Rodriguez zal zich blijven concentreren op met olie gevulde holtes. "Ons systeem heeft een sterke optische niet-lineariteit bij kamertemperatuur, die kansen biedt voor mogelijke toepassingen, " zegt hij. "We onderzoeken momenteel wat er gebeurt als we twee of meer gaatjes koppelen. Omdat elk systeem geheugen heeft, een reeks holtes kan uiteindelijk nuttig zijn als rekenhulpmiddel, of misschien zelfs in detectietoepassingen."