Лазер, що з'явився ще пів століття тому, не знайшов застосування в тих областях, куди призначався. Не став він ні зброєю масового ураження, ні швидкими та безшумними «променями смерті». Але переоцінити його роль неможливо ні в атомній, наприклад, енергетиці, ні в мікрохірургія ока. А кіно із багатомільярдними оборотами, з DVD та Blu-ray дисками! І ось гряде новий виток лазерних технологій, більше схожий на революцію.

До вчених нещодавно потрапила нова універсальна зброя під назвою поляритон. Ця квазічастинка виникає при взаємодії фотонів і елементарних збуджень середовища й поєднує в собі властивості матерії та світла. Хоча існування подібного об'єкту фізичного світу було передбачено рівняннями Максвела дуже давно, вченим довгий час не вдавалося приручити цю непокірну частинку.

Існування поляритона, що не є ні світлом, ні матерією, але обома складовими відразу, може бути пояснено тільки з позиції квантової фізики. Внаслідок дивності своєї конструкції поляритон не може зберігатися в реальному світі довше, ніж долі секунди. Тільки в 1991 році японським вченим вдалося піймати цю квазічастинку в пастку з малюсіньких дзеркальних комірок, відому під назвою «напівпровідникова мікропористість».

Процес дозрівання поляритонів дуже складний. Спочатку створюється багатошаровий «бутерброд» із напівпровідникових матеріалів, що називається також «квантовою ямою». Електрони в такому пирозі затиснуті між шарами та перебувають у стані часткового збудження. Під впливом додаткової енергії - струму чи світла - електрони перескакують на більш високий енергетичний рівень, залишаючи після себе так звані «дірки».

Кожна пара електрон-дірок утворює нейтральну квазічастинку екситон із дуже коротким періодом життя. Справа в тому, що електрон не може довго зберігати зайву енергію, він її передасть далі, а сам повернеться в попередню позицію, знищивши «дірку». При цьому виділяється ще одна порція енергії у вигляді фотону світла.

Далі в гру вступають хитромудрі фізичні закони. Якщо помістити «квантову яму» між двох дзеркал, створивши порожнину товщиною в міліметр, то відбитий фотон повернеться назад і створить новий екситон, що у свою чергу виділить енергію для іншого фотону.

Акуратно маніпулюючи відстанню між дзеркалами, можна створити достатню кількість фотонів, які викличуть появу постійно резонуючого шару з екситонів. Швидкість резонування почне зростати, в результаті чого переходи між матерією та енергією будуть відбуватися кілька трильйонів разів за секунду. Опис стану такої системи відповідно до канонів квантової фізики неможливий - це й буде поляритон, у якому енергія фотону буде зливатися з матерією електрона.

У заплутаних квантових системах частинки не можуть існувати одночасно на однакових енергетичних рівнях, і поляритони будуть змушені зайняти когерентний стан, у якому почнуть випромінювати високочастотне світло. Так утворюється квантовий лазер, що має найвищу частоту із всіх доступних на даний час науці.

Нова технологія може бути успішно використана в безлічі областей людської життєдіяльності. Досить сказати, що технології запису на дискові носії, побудовані на квантовому лазері, зможуть забезпечити щільність запису, у сотні разів переважаючу Blu-ray . Окрім цього, створення подібних пристроїв буде набагато дешевшим, оскільки істотно понизиться відсоток браку (у брак відсівається до 75 відсотків кристалів нітриду галію, що використовують в технології Blu-ray), а отже, нас очікує масовий сплеск виробництва дешевої та надійної аудіо- та відеотехніки.

За матеріалами: pravda.ru