Bonni Ülikooli füüsikud töötasid välja täiesti uue valgusallika, footonitest koosneva Bose-Einsteini kondensaadi. Seniajani arvati, et selline asi on võimatu. Antud meetod võiks sobida uute, röntgenkiirguse lainepikkustel töötavate laserisarnaste valgusallikate väljatöötamisel. Muude rakenduste hulgas saaks antud valgusallika abil ehitada võimsamaid arvutikiipe.
Superfootoni loojad. Vasakult: Julian Schmitt, Jan Klärs, Dr. Frank Vewinger ja professor Martin Weitz. Pilt: Volker Lannert/ University of Bonn
Jahutades rubiidiumi aatomeid ning kontsentreerides nad väikesesse ruumi, ei saa neid järsku enam üksteisest eristada. Nad käituvad kui üksik suur superosake. Sellist olekut nimetatakse Bose-Einsteini kondensaadiks.
Selline olek peaks töötama ka valgusosakeste ehk footonite puhul. Kahjuks seisab see idee vastamisi fundamentaalse probleemiga: footonid haihtuvad jahutamisel. Alles paar kuud tagasi arvati veel, et valgust jahutada ja väikesesse ruumi kokku suruda samal ajal ei saa. Bonni füüsikud Jan Klärs, Julian Schmitt, Dr. Frank Vewinger ning Dr. Martin Weitz said sellega aga hakkama, vahendab sciencedaily.com.
Füüsikud kalibreerivad värvitemperatuure teoreetilisele mudelile, niinimetatud mustale kehale põhinedes. Kui musta keha jahutada, ei kiirga see mingil hetkel enam nähtava valguse lainepikkusi vaid inimsilmale nähtamatut infrapunakiirgust. Samal ajal väheneb ka selle kiirgusintensiivsus. Temperatuuri langedes väheneb footonite arv. Seetõttu ongi keeruline saada Bose-Einsteini kondensaadi jaoks vajaminevat piisavat hulka footoneid.
Siiski said Bonni teadlased sellega hakkama, kasutades kahte hästipeegeldavad peeglit, millede vahel valguskiirt edasi-tagasi suunati. Peegeldavate pindade vahele oli asetatud lahustatud pigmendimolekule, milledega footonid perioodiliselt kokku põrkasid. Nende põrgete ajal molekulid neelasid footonid endasse ning heitsid need jälle välja. ,,Protsessi käigus sai footonite temperatuur võrdseks vedeliku omaga,” sõnas Professor Weitz. ,,Niimoodi jahutasid nad üksteist toatemperatuurini ilma, et nad protsessi käigus haihtuksid.”
Peeglite vahel olevate footonite arvu suurendamiseks ergastasid Bonni teadlased pigmendilahust laseri abil. See võimaldas neil jahtunud valgusosakesi nii palju kontsentreerida, et nad kokku superfootoni moodustasid.
See footonitest koosnev Bose-Einsteini kondensaat on täiesti uus valgusallikas, mille omadused sarnanevad laseritele. Võrreldes laseritega on neil aga otsustav eelis: ,,Siiani pole me suutnud valmistada lasereid, mis genereeriksid väga lühilainelist kiirgust, näiteks UV- või röngenkiirgust,” selgitas Jan Klärs. ,,Footonilise Bose-Einsteini kondensaadiga peaks see aga võimalikuks osutuma.”
See väljavaade peaks eriti oodatav olema just kiibivalmistajatele. Kiibitööstuses kasutatakse loogikaühenduste pooljuhtmaterjalidele söövitamiseks lasereid. Nende struktuuride peensuse määrab muuhulgas ära kasutatava valguse lainepikkus – pikalainelised laserid on täpse töö jaoks vähemsobivad kui lühilainelised.
Teadusartikkel “Bose–Einstein condensation of photons in an optical microcavity“