Tesla Prize przyznana za kwantowy przełom w nowoczesnej fotonice
Międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez dr. hab. inż. Macieja Pieczarkę z Politechniki Wrocławskiej został uhonorowany prestiżową nagrodą Tesla Prize za odkrycie, które może realnie zmienić sposób działania nowoczesnych laserów.
Badacze wykazali, że kondensat Bosego–Einsteina – niezwykły stan materii znany dotąd głównie z zaawansowanych eksperymentów laboratoryjnych – może powstawać w standardowych laserach półprzewodnikowych typu VCSEL, powszechnie wykorzystywanych m.in. w telekomunikacji.
Nagrodzone badania dotyczyły obserwacji kondensacji fotonów bezpośrednio w działającym urządzeniu laserowym, a nie w specjalnie przygotowanym układzie laboratoryjnym. To prawdziwy przełom, gdyż pokazuje, że zjawiska kwantowe najwyższego rzędu mogą zachodzić w technologiach już dziś obecnych w przemyśle i codziennym życiu. Wyniki prac zostały zaprezentowane na czołowych międzynarodowych konferencjach.
Kondensat Bosego–Einsteina to stan, w którym cząstki zaczynają zachowywać się jak jedna wspólna fala. Przez lata sądzono, że jest on zarezerwowany wyłącznie dla cząstek posiadających masę i wymaga ekstremalnie niskich temperatur. Badania zespołu z Wrocławia pokazały jednak, że również fotony – czyli cząstki światła – mogą tworzyć taki stan, jeśli zostaną odpowiednio „uwięzione” w strukturze lasera i intensywnie oddziałują z jego materiałem. Co szczególnie istotne, odkrycie to podważa klasyczne zasady projektowania laserów półprzewodnikowych. Dotychczas zakładano, że do uzyskania emisji laserowej konieczne jest silne wzbudzenie materiału i wysokie prądy zasilania. W nowym podejściu emisja o cechach laserowych pojawia się w warunkach równowagi termodynamicznej i przy znacznie niższym zużyciu energii. Otwiera to drogę do tworzenia bardziej energooszczędnych i stabilnych źródeł światła.
Znaczenie praktyczne tego osiągnięcia jest bardzo duże. Lasery VCSEL są masowo stosowane w systemach komunikacji światłowodowej, czujnikach, elektronice użytkowej czy motoryzacji. Możliwość pracy w nowym trybie, opartym na kondensacie światła, może przełożyć się na zupełnie nowe funkcje tych urządzeń. Charakterystyczny, kwantowy „szum” takiej emisji odróżnia ją od klasycznego światła laserowego i może być wykorzystany w zaawansowanych technologiach, takich jak systemy LIDAR, obrazowanie o wysokiej intensywności czy generacja liczb losowych o jakości wymaganej w kryptografii i symulacjach komputerowych.
Nagrodzone badania pokazują, że przełomowe odkrycia z pogranicza fizyki kwantowej i inżynierii mogą szybko znaleźć zastosowanie w realnych technologiach. To ważny krok w stronę nowej generacji laserów, które będą nie tylko bardziej wydajne, ale też zdolne do realizacji funkcji dotąd uznawanych za niemożliwe w standardowych urządzeniach półprzewodnikowych.
Źródło: Politechnika Wrocławska
Czytaj też: Odkrycia polskiego naukowca przechodzą z laboratoriów do świata realnego
Grafika tytułowa: Giorgio Trovato / Unsplash
