Fotoners veje er tilfældige - men koordinerede – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2012 > Fotoners veje er tilfæ...

20. december 2012

Fotoners veje er tilfældige - men koordinerede

Forskere på Niels Bohr Institutet har påvist, at fotoner (lyspartikler) udsendt fra lyskilder, der er indlejret i en kompleks og uordnet struktur, vil være i stand til indbyrdes at koordinere deres veje gennem prøven. Det er en konsekvens af fotoners bølgeegenskaber, der giver anledning til indbyrdes vekselvirkning mellem mulige ruter. Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift, Physical Review Letters.

David Garcia arbejder i laboratoriet for kvantefotonik på Niels Bohr Institutet. Han eksperimenterer med nanofotoniske strukturer med henblik på at kontrollere udsendelse og udbredelse af fotoner. Forskningen viser, at fotoner kan 'mærke' hinanden og koordinere deres vej gennem et komplekst materiale.

Den virkelige verden er kompleks og rodet. Forskningsområdet fotonik, der udforsker og udnytter lys, er ingen undtagelse, og i f.eks. biologiske systemer er den statistiske uorden uundgåelig.

Fulde folk og fotoner

"Vi arbejder med nanofotoniske strukturer med henblik på at kontrollere udsendelse og udbredelse af fotoner. Vi har imidlertid opdaget, at uundgåelige unøjagtigheder i strukturerne fører til tilfældige spredninger. Som en konsekvens vil foton-transporten følge en tilfældig vej - ligesom en beruset mand, der vakler gennem byens labyrint af gader efter en aften på værtshus", fortæller David Garcia, forskningsadjunkt i Kvante Fotonik på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Skal man blive i det billede, så er det ikke sikkert, at bare fordi den ene berusede mand kommer sikkert hjem, så vil hele flokken af berusede folk, der spredes fra værtshuset også finde vej ad byens snørklede gader. Der er ingen sammenhæng mellem de forskellige tilfældige rejsende.

Men det er der, når man taler om fotoner. De kan 'mærke' hinanden og koordinere deres rejse gennem et materiale, viser ny forskning.

"Vi har indsat en ganske lille lyskilde i en nanofotonisk struktur, som indeholder uorden i form af en tilfældig samling af kraftigt lysspredende huller. Lyskilden er et såkaldt kvantepunkt, som er en specielt designet nanoskopisk lyskilde, der kan udsende fotoner. Fotonerne spredes i alle retninger og kastes frem og tilbage i forskellige retninger. Men fotoner er ikke bare lyspartikler, de er også bølger, og bølger påvirker hinanden. Det skaber forbindelse mellem fotonerne, og vi kan nu påvise i vores eksperimenter, at fotonernes vej igennem materialet ikke er uafhængig af de øvrigt fotoner", fortæller David Garcia.

Spektroskopi af komplekse materialer

Illustrationen anskuer, hvordan spredning af fotoner finder sted i et komplekst fotonisk medium. To fotoner sendes ud fra en lyskilde i midten og bevæger sig igennem en labyrint, der skal illustrere komplekse spredninger. Fotonerne tager forskellige veje gennem mediet, men de er indbyrdes afhængige i den forstand, at chancen for at iagttage en foton ved én udgang øges, hvis en foton er observeret ved den anden udgang.

Ved at analysere fotonernes vej gennem prøven kan man potentielt få vigtig indsigt i mikroskopiske komplekse strukturer.

"Metoden kan blive en ny måde til at måle de stedlige egenskaber af komplekse uordentlige materialer, som f.eks. biologiske væv, og da lyskilderne er meget små, vil man kunne anbringe dem uden at ødelægge materialet og potentielt have meget høj rumlig opløsning", fortæller David Garcia.

Physical Review Letters >>