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模型描述了微腔中光和机械振动之间的相JUSD-161互作用

物理学 2021-11-14 23:58:29

FAPESP何塞·塔德乌·阿朗特斯 坎皮纳斯大学的研究人员在《物理评论快报》上发表了一项研究,讨论了设备内部振动引起的光散射和外部光散射,这是迄今为止很少研究的一个方面(金属镜上方的金[金]纳米粒子,显示了有机分子BPT的分子振动)

荣誉:安德烈·加西亚·普里莫,UNICAMP 光机微腔是直径小于10微米(约十分之一人发)的极小结构,其内部限制了光和机械振动

由于微腔的尺寸小,以及高效的微制造技术使其能够保持强烈的光能并与机械波相互作用,微腔可用作质量和加速度传感器以及拉曼散射(一种用于分析材料,包括气体、液体和固体的光谱技术)

对这些现象的正确理解有助于未来在生物医学等领域取得进展,例如,包括开发传感器来检测作为癌症标志物的分子

巴西圣保罗州坎皮纳斯大学光子学研究中心(Photonicamp)进行的一项研究调查了一个不太为人所知的与光机械耦合相关的过程,建立了一个理论模型,该模型通过模拟和与文献中记录的实验结果的比较得到了验证

研究人员在《物理评论快报》上发表的一篇文章中报道了这项研究

“在这些系统中有两种独立的现象发生,”物理学家蒂亚戈·阿莱格里告诉阿格西亚·FAPESP

“一方面,光对其被限制的空腔施加压力

另一方面,机械振动会散射光线

两者之间的相互作用可能以两种不同的方式发生

如果散射光留在装置内,结果称为色散相互作用

如果光从空腔中逸出,这就是所谓的耗散相互作用

" 阿雷格里是坎皮纳斯大学格雷布·瓦特金物理研究所的教授,也是光子学的研究员

他是这项研究的主要研究者

这篇文章的第一作者是安德烈·加西亚·普里莫,他是他的哲学博士

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当时的学生

FAPESP通过直接授予Primo博士奖学金和其他五个项目的奖学金或赠款(17/19770-1、20/06348-2、18/15580-6、18/15577-5和18/25339-4)支持这项研究

牛顿·塞萨里奥·弗拉特斯基教授和古斯塔沃·席尔瓦·维德赫克教授担任首席调查员

色散相互作用是众所周知的,也是光学力学重要进展的基础,例如2016年探测到引力波的LIGO干涉仪,但是在实验中很少探索耗散相互作用

“实验的缺乏主要是由于缺乏能够解释给定设备耗散相互作用强度的理论基础,”阿莱格里说

“我们的研究提出了色散和耗散相互作用的理论公式

" 该提议涉及微扰理论,该理论假设光机械相互作用相当弱,因此光和机械振动可以在初始近似下独立处理

当光学和机械行为分开计算时,光学机械耦合的描述被简化

“新奇之处在于我们执行最后一步的方式,”普里莫说

“本质上,与一直以来所做的相反,我们认为光在装置中的行为在物理上和数学上受到光可以从空腔中逃逸的可能性的影响

当我们考虑到这一点时,我们意识到色散和耗散相互作用都可以高度精确地描述

" 在研究的最后部分,研究人员通过两个实验例子来检验他们的理论,这两个例子在文献中有很好的记载

在一个实验中,他们研究了一个由硅制成的光学机械腔,并表明色散和耗散这两种相互作用都与解释观察到的现象有关

“我们表明,我们的理论完全符合所进行的实验,因此可以被认为是一个有价值的工具,以获得这些非常规现象得到增强的设备,”阿莱格里说

第二个例子涉及由金制成的等离子体光学机械纳米腔

纳米腔比微腔限制的光量小得多,本质上表现为纳米透镜

可以检测与这些装置耦合的单个分子的机械运动

这种可能性具有广泛的应用,包括检测生物介质中的化学化合物,以识别可指示病理状况的物质,例如

“我们用这个理论表明,尽管从未有过报道,但分子对光的耗散散射对于这些系统中的光力学现象极其重要,”普里莫说

Alegre补充说,考虑到他领导的研究产生的模型,在最近的实验中获得的一些尚未完全理解的结果得到了正确的描述

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