Kuzykova kvantová mezera - Kuzyk quantum gap

The Kuzykova kvantová mezera je nesoulad mezi maximální hodnotou nelineární optiky citlivost povoleno kvantová mechanika a nejvyšší hodnoty skutečně pozorované ve skutečnosti molekuly. Nejvyšší možná hodnota (teoreticky) je známá jako Kuzykův limit, po svém objeviteli profesor Mark G. Kuzyk z Washingtonská státní univerzita.

Pozadí

V roce 2000 profesor Mark G. Kuzyk Washingtonské státní univerzity vypočítal základní limit nelineární optický citlivost molekul. Nelineární susceptibilita je měřítkem toho, jak silně světlo interaguje s hmotou. Tyto výsledky lze použít k předpovědi maximální dosažitelné účinnosti různých typů optických zařízení.[1][2]

Například Kuzykovu teorii lze použít k odhadu, jak efektivně lze manipulovat s optickými informacemi v optickém vlákně (na základě Kerrův efekt ), což zase souvisí s množstvím informací, které a optické vlákno systém zvládne. Ve skutečnosti je rychlostní limit internetu úzce spojen s Kuzykovým limitem.

Jedním zvláštním zjištěním je, že se zdá, že všechny molekuly, které byly kdy měřeny, klesají pod Kuzykovu hranici asi o faktor 30. Tato mezera mezi třiceti a třemi základními mezemi a nejlepšími molekulami se nazývá Kuzykova kvantová mezera. Nikdo nechápe příčinu této mezery, ale není důvod se domnívat, že má zásadní povahu. Je proto pravděpodobné, že nové přístupy k syntetické chemii mohou najít způsoby, jak vyrobit lepší molekuly. I když je tento rozdíl prolomitelný, Kuzykův limit není. Vzhledem k tomu, že limit Kuzyk je založen přímo na kvantová mechanika Porušení limitu by znamenalo, že existují problémy s kvantovou teorií.[3][4]

Aplikace

V poslední době vědci používají nanotechnologie ke spojování molekul, aby zvýšili nelineární citlivost. Protože spojené molekuly mají více elektronů, kolektivní pohyby těchto elektronů poskytují zvýšenou nelineární odezvu. Vzhledem k tomu, že výpočty ukazují, že Kuzykův limit roste rychleji než lineárně, je nejlepší spojit dohromady co nejvíce molekul. Vědci vytvořili materiál vzájemně propojených fullerenů, které podle všeho porušují Kuzykovu kvantovou mezeru. Pokud jsou však všechny elektrony správně spočítány, mezera nemusí být porušena. V obou případech je absolutní hodnota dosažené nelinearity působivá a tyto druhy materiálů mohou jednoho dne přeplňovat internet.[5]

Nelineární susceptibilita je základní materiální vlastnost, která je základem mnoha dalších důležitých aplikací. Nelineární optické materiály lze použít k převodu světla na kratší (modřejší) vlnové délky, které lze zaostřit na menší velikost bodu (minimální možná velikost paprsku je úměrná vlnové délce.) Kratší světelné zdroje vlnové délky by tedy poskytly optická záznamová média s vyšší hustotou (například DVD a CD). Mezi další aplikace patří laditelné zdroje světla, systémy rozpoznávání obrazu a adaptivní optika.

Kuzykovy výpočty lze použít k předpovědi chování optických zařízení, vedení syntetických chemiků k výrobě lepších materiálů a k hlubšímu pochopení interakce světla s hmotou. Tento proces vede k mnoha zajímavým pokrokům v nových paradigmatech syntézy materiálů, které by měly vytvářet nové typy fotonický zařízení možná.

Snad nejdůležitější je, že ke výpočtu lze použít Kuzykův limit vnitřní hyperpolarizovatelnost, což je neměnná veličina měřítka, kterou lze použít k porovnání molekul různých velikostí.

Viz také

Zdroje a poznámky

  1. ^ Profesor Mark G. Kuzyk Archivováno 2008-09-25 na Wayback Machine
  2. ^ základní limit
  3. ^ faktor třiceti mezer
  4. ^ Kuzykova kvantová mezera
  5. ^ prolomit Kuzykovu kvantovou mezeru
  • Papír M. G. Kuzyka z ledna 2007
  • M. G. Kuzyk, „Základní limity molekulární citlivosti třetího řádu“ Optická písmena 25, 1183 (2000).
  • M. G. Kuzyk, „Fyzické limity elektronické nelineární molekulární citlivosti“ Dopisy o fyzické kontrole 85, 1218 (2000).
  • M. G. Kuzyk, „Kvantové meze citlivosti na rozptyl hyper Rayleighova rozptylu,“ IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics 7, 774 (2001).
  • M. G. Kuzyk, „Základní materiální omezení optických zařízení,“ Obvody a zařízení 19 (5), 8 (2003).
  • M. G. Kuzyk „Základní limity pro průřezy absorpce dvou fotonů,“ Journal of Chemical Physics 119, 8327 (2003).
  • M. G. Kuzyk, „Základní meze nelineární citlivosti“ Optika a fotonické novinky, Prosinec, strana 26 (2003). (Zvláštní vydání „Optika v roce 2003“) shrnuje 29 „nejzajímavějšího výzkumu, který se objevil za posledních 12 měsíců“ špičkového výzkumu. “
  • Kakoli Tripathy, Javier Perez Moreno, Mark G. Kuzyk, Benjamin J. Coe, Koen Clays a Anne Myers Kelley: „Proč hyperpolarizability nedosahují základních kvantových limitů,“ J. Chem. Phys. 121, 7932 (2004).
  • Washingtonská státní univerzita článek zpravodajské služby Whoosh! Goes the Internet: International Research Team Blazes the Optical Trail with Record-Setting Molecules zveřejněno 2. ledna 2007
  • národní geografie
  • Zprávy MIT
  • Newsletter IEEE Kanada
  • Svět laserového ostření
  • Občan Ottawa
  • Novinky SCI-TECH