Onderzoekers ontwikkelen nieuwe fotonische microstructuur

Kunnen fotonen condenseren en hoe gedraagt dit ‘vloeibare licht’ zich dan? De Nederlandse UTwente laat dit effect, dat bekend staat als ‘Bose-Einstein condensaat’, nu zien op kamertemperatuur.

Trefwoorden: #fotonica, #research, #UTwente

Lees verder

research

( Foto: UTwente - Jan Klärs )

ENGINEERINGNET.BE - ENGINEERINGNET.BE - Een Bose-Einstein condensaat is een soort golf waarin de afzonderlijke deeltjes niet meer zijn waar te nemen: het is een materiegolf of ‘supervloeistof’ die typisch wordt gevormd bij temperaturen dichtbij het absolute nulpunt (minus 273 graden Celsius).

Een foton is een van de typen bosonen die in staat zijn om een Bose-Einsteincondensaat te vormen. De spiegelstructuur die de onderzoekers nu presenteren, met daarin kanaaltjes, maakt dat fotonen als een supervloeistof bewegen, in een duidelijke voorkeursrichting. Extreem lage temperaturen zijn niet nodig, het werkt op kamertemperatuur.

De structuur is de bekende ‘Mach-Zehnder interferometer’, waarin een kanaal opsplitst in twee kanalen en verderop weer samenkomt. In deze interferometers wordt het golfkarakter van licht gedemonstreerd, waarin een foton tegelijk in beide kanalen kan zijn.

Maar nu heeft het licht bij het punt waar de kanalen weer samenkomen twee opties: kies een kanaal met een open eind of een kanaal dat is afgesloten. De onderzoekers vonden dat de vloeistof in staat is zélf te kiezen door de trilfrequentie aan te passen.

In dit geval proberen de fotonen bijeen te blijven door het pad te kiezen dat de laagste verliezen geeft: het kanaal dat afgesloten is aan het eind. Je zou het sociaal gedrag kunnen noemen, aldus Jan Klärs van UTwente. Bekend is dat andere typen deeltjes, zoals fermionen, liever gescheiden blijven.

De spiegelstructuur heeft overeenkomsten met die van een laser, waarin ook licht wordt weerkaatst tussen twee spiegels. Het verschil zit in de extreem hoge reflectie van de spiegels: tot 99,9985%.

Deze waarde is zo hoog dat de fotonen nauwelijks de kans krijgen te ontsnappen, ze worden opnieuw geabsorbeerd. In dit stadium begint het fotongas dezelfde temperatuur aan te nemen als kamertemperatuur door te thermaliseren.

Het lijkt dan, technisch gezien, op de straling van een zwart lichaam: straling in thermisch evenwicht met de materie. Deze ‘thermalisatie’ is het cruciale verschil tussen een normale laser en een Bose-Einstein condensaat van fotonen.

Bose-Einstein condensaten spelen ook een belangrijke rol in supergeleiders, waarin de elektrische weerstand naar nul gaat. De nu gepresenteerde fotonische microstructuur zou als een soort basis-rekenblokje kunnen dienen om problemen als het ‘travelling salesman’-probleem op te lossen.