作者:Andrea Alù 来源:《自然—物理学》 发布时间:2023/4/7 9:48:33
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新研究在时间维度重建双缝实验

 

1801年英国科学家托马斯·杨开展了一项著名实验,发现穿过两个细缝的光会自行干涉,在后墙形成特征性的干涉条纹,这就是著名的双缝实验。这项实验及其后续的研究证明了光既具有波动性,又具有粒子特性(即光的波粒二象性)。

现在,物理学家在时间而非空间上重现了双缝实验——一面快速“开合”(光学性质改变)的镜子会对激光脉冲产生干涉,使其变色。这项4月3日发表在《自然-物理学》上的研究,为经典双缝实验增添了新观点。

美国纽约城市大学物理学家Andrea Alù表示,镜子光学性质的快速切换可能只需1飞秒,这表明某些材料的光学性质改变速度之快远超此前的想象。这为构建使用光而非电子脉冲处理信息的设备开辟了新路径。

英国伦敦帝国理工学院量子物理学家Romain Tirole和合作者制作了一个由金和玻璃层制成镜面,表面覆盖了一层氧化铟锡(ITO,常用于智能手机屏幕的一种材料)薄膜。研究人员向镜面发射红外激光。

在一般条件下,ITO在红外激光下是透明的。研究人员使用第二台激光仪发射约200飞秒的脉冲,使材料反射光,激发材料中的电子,从而改变其光学特性。

研究人员沿着反射光束放置了一个光传感器。当发射两个相隔几十飞秒的超短脉冲时,ITO反射镜被快速“打开”两次,研究人员观测到两次反射光的波形随之改变——从一个简单的单色波变成了一个更复杂的波。

此外,就像经典双缝实验中如果光只通过一个狭缝照射,干涉图就会消失一样,在该实验中,如果反射镜只打开一次,干涉就会消失。

研究还表明,ITO只需不到10飞秒就可以被激发,比理论上或之前的测量预期要快得多。

“我们的研究证明了ITO光学特性快速改变的可行性。这种快速切换应用于设备是能够可以及时反射信号。”Alù说。

这已经是ITO研究中取得的巨大变化,但仅限在薄的表面上,因此,最大的挑战将是在更大体积的材料上实现这种效果。(来源:中国科学报 许悦)

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41567-023-01993-w

 
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