En internationell forskargrupp, tillsammans med forskare från MSU, har utvecklat en tidsupplöst spektroskopimetod som gör det möjligt att studera snabba processer i prover. Den nya metoden fungerar genom att analysera kvantiserat ljus som sänds genom ett prov utan användning av femtosekundlasrar och komplexa detektionssystem. Denna design är mycket billigare än den som används för närvarande, och tillåter forskare att studera ett prov utan att förstöra det. Forskningen har publicerats i Vetenskapliga rapporter .

Ett av de vanligaste sätten att undersöka interaktioner och processer som sker i ett ämne är att mäta den tid under vilken ett prov reagerar på externa elektromagnetiska fält som påverkar det. Enligt denna åtgärd, det är möjligt att bedöma vilka samband som finns mellan ämnets komponenter. Eftersom dessa tider ofta mäts i femtosekunder (10 ^-15 sek), forskare använder femtosekundlasrar som kan generera ultrakorta pulser.

Problemet är att femtosekundlasrar har hög effekt, och därför kan skada provet; för det andra, dessa lasrar är dyra. För att lösa det här problemet, forskarna har utvecklat ett schema som gör det möjligt att studera prover med enstaka fotoner och använda vanliga lasrar för att producera dem.

Uppställningen består av en enkel interferometer som gör det möjligt att noggrant mäta störningar av ljus. I den monterade kretsen, en olinjär kristall finns på laserbanan. Par av intrasslade fotoner som produceras i kristallen flyger iväg i en viss vinkel. Kvantintrassling består av två eller flera separata partiklar vars fysikaliska egenskaper är så korrelerade att kvanttillståndet för varje partikel inte kan beskrivas oberoende.

"Tack vare denna design, vi kan mäta femtosekundstider utan femtosekundlaser, använder enstaka fotoner, " förklarade medförfattaren till artikeln, en doktorand vid fakulteten för fysik vid Lomonosov Moscow State University, Elizaveta Melik-Gaykazyan.

Testprovet sätts inuti en arm av interferometern. En foton av det intrasslade paret passerar genom det och träffar stråldelaren, där den möter sin motsvarighet, som har gått genom den andra armen. Efter det, fotonerna faller på en av två detektorer, som reagerar på enskilda fotoner. Det gör det möjligt att konstruera en koincidenskrets - om båda fotonerna går till samma detektor, noll tillfällighet existerar; om de går till olika detektorer, slumpvärdet är ett. I det ögonblick som fördröjningen mellan de två armarna blir helt identisk, kvantinterferens uppstår - slumpen försvinner helt, eftersom fotoner aldrig kommer att falla på båda detektorerna samtidigt.

Om provet sätts in i fotonernas väg, mönstret av kvantinterferens börjar förändras. I detta fall, paren av intrasslade fotoner som kommer till splittern blir mindre "identiska" än i en situation utan ett prov. På grund av detta, fotonmottagningsstatistiken på de två detektorerna ändras, och via de statistiska förändringarna, forskare kan bedöma arten av interaktionerna i ämnet som studeras – t.ex. de kan uppskatta övergångstiden från det exciterade tillståndet till det oexciterade tillståndet.

För hennes arbete, Melik-Gaikazyan byggde en experimentell uppställning, mätte interferensmönstret med och utan testprovet, inhämtade experimentella data och analyserade dem. Forskarna har testat och verifierat metoden på två prover:en aluminium-yttrium granat med neodym och en matris av dielektriska nanopartiklar.

"Den nya metoden för att analysera okända ämnen kan användas inom kemi, biologi, och materialvetenskap, " sade Melik-Gaykazyan. "Dessutom, det kan vara användbart när du skapar en kvantdator, och när man försöker förstå hur man använder kvantljus i informationsteknologi."