پلکسیتونیک ابزارهای اطلاعات کوانتومی

محققان آمریکایی و اسپانیایی سیستم‌های نوید بخش جدیدی متشکل از یک نشر دهنده نور کوانتومی که بین دو نانوذره فلزی قرار داده شده ساختند که می‌توان در آینده از آن جهت ساخت ابزارهای نوین ذخیره اطلاعات استفاده کرد.

محققان آمریکایی و اسپانیایی سیستم‌های نوید بخش جدیدی متشکل از یک نشر
دهنده نور کوانتومی که بین دو نانوذره فلزی قرار داده شده ساختند که می‌توان
در آینده از آن جهت ساخت ابزارهای نوین ذخیره اطلاعات استفاده کرد. این
مجموعه، پاسخ نوری غیر خطی بسیار جالبی را از خود نشان داده است.
 
طی ده سال گذشته دانشمندان بر هم کنش ماده
و نور را مورد مطالعه قرار داده و به نتایج موفقیت آمیزی در ساخت ابزارهایی
برای کنترل این برهم کنش‌ها دست یافتند.

به‌ویژه ابزارهای ساخته شده از نانوساختارهای فلزی، دستگاه‌های بسیار خوبی
به این منظور به‌شمار می‌آیند. زیرا قادرند تا نور را در ناحیه‌هایی با
ابعاد به مراتب کوچک‌تر از طول موج نور متمرکز کرده و به‌دام اندازند.
به‌علاوه این سیستم‌ها می‌توانند برهم کنش‌های قوی‌ای با دیگر سیستم‌های
فوتونیکی از قبیل نشردهنده‌های کوانتومی داشته باشند.

با توجه به پیشرفتهای اخیر در نانوساخت، ما به مقیاس‌های طولی که در آن
رفتار کوانتومی این ساختارها اهمیت دارد نزدیک‌تر شده‌ایم و این حوزه
مطالعاتی جدیدی است که آن را پلاسمونیک کوانتومی می‌نامند.

روشن و خاموش کردن این جفت شدگی‌ها

آلژآندرو مانجاواکاس (Alejandro Manjavacas) و همکارانش سیستمی شامل یک نشر
دهنده کوانتومی که در فاصله بین دو نانوذره فلزی قرار گرفته است را مورد
مطالعه قرار دادند. به گفته آنها رفتار فرمیونیک این نشردهنده کوانتومی
موجب بروز یک رفتار غیر خطی جالب توجه در این مجموعه می‌شود. مدل مورد
استفاده آنها بر مبنای توابع گرین زوباروس (“Zubarev\’s Green Functions”)
بود و نشان می‌دهد که بسته به حالت اولیه نشردهنده کوانتومی می‌توان جفت
شدگی بین نشردهنده کوانتومی و پلاسمون‌های موجود روی نانوذرات فلزی را بین
دو حالت روشن و خاموش تغییر وضعیت داد. پلاسمون‌ها در واقع نوسانات تجمعی
الکترون‌ها روی سطح نانوذرات فلزی‌اند و می‌توانند برهم کنش‌های شدیدی با
نور داشته باشند.

در آزمایش این محققان به سبب وجود میدان الکترومغناطیسی قوی در شکاف دیمر،
امکان انجام برهم کنش بین پلاسمون‌ها و اکسایتون‌ها (جفت الکترون – حفره)
در این نشردهنده کوانتومی وجود داشت.

محققان این برهم کنش را با دو عبارت در مدل خود توصیف کردند. یکی از آنهاه
به ایجاد پلاسمون و نابودی اکسایتون مربوط می‌شد و دیگری شامل دو مرحله
متضاد ( نابودی پلاسمون و ایجاد یک اکسایتون) بود.

توابع گرین زوباروف مدلی است که توسط فیزیکدان روسی دیمیتری نیکولاویچ
زوباروف در سال ۱۹۶۰ پیشنهاد شده و می توان آن را با موفقیت برای حل مسائل
فیزیک آماری به‌کار گرفت.

این محققان از این تابع در تحقیق خود برای مدل دادن به پاسخ نوری سیستم
پلاسمونی که به شدت با سیستم اکسایتونی برهم‌کنش می‌کند استفاده
کردند.استفاده از این روش در مقایسه با دیگر روش‌های استاندارد مدل‌دهی
کوانتومی بسیار ساده‌تر است.

به باور محققان از این مدل می توان همچنین برای توصیف بسیاری دیگر از
برهم‌کنش‌های پلاسمونیک – اکسایتون در سیستم‌هایی از قبیل ترانزیستورهای
پلاسمونی ، مدولاتورها و ابزارهای ذخیره اطلاعات کوانتومی استفاده کرد .
حتی می‌توان از این روش برای طراحی ابزارهای نوری نوین از قبیل مبدل‌های
نوری هم استفاده کرد.

این محققان هم اکنون استفاده از این روش برای سیستم‌های پیچیده تر از قبیل
حالتی که دو نشردهنده کوانتومی بین دو نانوذره فلزی قرار گرفته باشند را در
دست مطالعه دارند. گفتنی است گزارشی از این تحقیق در نشریه Nano Letters
منتشر شده است.