Baserat på National Research Nuclear University MEPhI (Ryssland), ett forskargrupp som leds av prof. Yuri Rakovich har utvecklat en avstämbar mikroresonator för hybrid energitillstånd mellan ljus och materia med hjälp av ljus för att kontrollera molekylernas kemiska och biologiska egenskaper. Resultaten har publicerats i Granskning av vetenskapliga instrument .

Mikroresonatorn är en tvåspegelsfälla för ljuset, med speglarna vända mot varandra inom flera hundra nanometer. En foton som fångas i fällan skulle bilda ett lokaliserat tillstånd av en elektromagnetisk våg. Genom att ändra resonatorns form och storlek, operatörer kan styra vågens rumsliga fördelning, liksom varaktigheten av fotonets liv i resonatorn.

Den nya uppfinningen gör det möjligt att kontrollera kemiska och biologiska egenskaper hos molekyler med hjälp av ljus. Mikroresonatorn kan fungera som grund för nya generationens instrument som kan användas i biologisk och kemisk avkänning samt för att kontrollera hastigheten på kemiska reaktioner och energiöverföringseffektivitet.

Resonansinteraktionen mellan kvantemitterare och ett lokaliserat elektromagnetiskt fält är av intresse främst eftersom det ger en möjlighet att styra egenskaperna hos ljusmaterialhybridtillstånd. Ljus och materia i dessa system bildar ett mellanläge med förändrade egenskaper som kan styras med hjälp av optisk emission (ljus). Ett av sätten att inducera dessa tillstånd är att placera emitterande eller absorberande molekyler i en resonator.

Enligt forskarna, deras avstämbara mikroresonator kommer att väsentligt förenkla och utöka relevant forskning genom att göra det möjligt att analysera ljus-materia-interaktioner i både starka och svaga kommunikationssätt för prover av praktiskt taget alla ämnen i UV-IR-spektrumet.

Instrumentet är en Fabry-Perot mikro-resonator (λ2) bestående av speglar, en platt och en konvex, att säkra plan-parallellism åtminstone i en punkt på ytan av den senare, vilket minimerar lägesvolymen. Detta är en ljusfälla med två speglar placerade framför varandra inom mindre än en ljusvåglängd, enligt professor Yuri Rakovich, en ledande forskare vid MEPhI Laboratory of Hybrid Photon Nano-Materials.

När en ljuskvantum faller i fällan eller avges av en ljuskälla inuti resonatorn, det reflekteras upprepade gånger av speglarna, som förbinder fotoner med mikroresonatorns egna energilägen.

"Vi kan styra ljusets egenskaper och fällans effektivitet genom att ändra resonatorns form och storlek, "Sa Rakovich.

Mikroresonatorn är lätt att använda och dess design är enkel nog att starta sin industriella produktion. Den kan användas inte bara i instrument som är avsedda att styra hastigheten på kemiska reaktioner utan också som grund för att utveckla mycket effektiva ljuskällor och nya lasrar med en låg kontrollgenereringströskel.

Instrumentet kommer att ge nya möjligheter för att studera effekterna av starka och svaga anslutningar på kombinationsspridning, hastigheten på kemiska reaktioner, elektrisk konduktivitet, lasergenerering, icke-strålande energiöverföring, och annan fysisk, kemiska och biologiska funktioner. Detta kommer också att innebära ett viktigt steg framåt i utvecklingen av olika praktiska tillämpningar av ljus-materiaanslutningseffekten, främst för att ändra fysisk, kemiska och biologiska processer.