Con sede presso la National Research Nuclear University MEPhI (Russia), un team di ricerca guidato dal Prof. Yuri Rakovich ha sviluppato un micro-risonatore sintonizzabile per stati energetici ibridi tra luce e materia utilizzando la luce per controllare le proprietà chimiche e biologiche delle molecole. I risultati sono stati pubblicati nel Rassegna di strumenti scientifici .

Il micro-risonatore è una trappola a due specchi per la luce, con gli specchi uno di fronte all'altro entro diverse centinaia di nanometri. Un fotone catturato nella trappola formerebbe uno stato localizzato di un'onda elettromagnetica. Modificando la forma e le dimensioni del risonatore, gli operatori possono controllare la distribuzione spaziale dell'onda, così come la durata della vita del fotone nel risonatore.

La nuova invenzione consente di controllare le proprietà chimiche e biologiche delle molecole con l'aiuto della luce. Il micro-risonatore può servire come base per strumenti di nuova generazione che possono essere utilizzati nel rilevamento biologico e chimico, nonché per controllare la velocità delle reazioni chimiche e l'efficacia del trasferimento di energia.

L'interazione di risonanza tra emettitori quantistici e un campo elettromagnetico localizzato è di interesse principalmente perché offre l'opportunità di controllare le proprietà degli stati ibridi luce-materia. La luce e la materia in questi sistemi formano uno stato intermedio con proprietà modificate che sono controllabili con l'aiuto dell'emissione ottica (luce). Uno dei modi per indurre questi stati è posizionare le molecole che emettono o assorbono in un risonatore.

Secondo gli scienziati, il loro micro-risonatore sintonizzabile semplificherà ed estenderà sostanzialmente la ricerca pertinente rendendo possibile l'analisi delle interazioni luce-materia in modalità di comunicazione sia forte che debole per campioni di praticamente qualsiasi materia nello spettro UV-IR.

Lo strumento è un microrisuonatore Fabry-Perot (λ2) costituito da specchi, uno piatto e uno convesso, che assicurano il parallelismo piano almeno in un punto sulla superficie di quest'ultimo, minimizzando così il volume della modalità. Questa è una trappola luminosa di due specchi posti uno di fronte all'altro entro meno di una lunghezza d'onda luminosa, secondo il prof. Yuri Rakovich, un ricercatore leader presso il MEPhI Laboratory of Hybrid Photon Nano-Materials.

Quando un quanto di luce cade nella trappola o viene emesso da una sorgente luminosa all'interno del risonatore, viene ripetutamente riflesso dagli specchi, che collega i fotoni con gli stati energetici del microrisonatore.

"Possiamo controllare le proprietà della luce e l'efficacia della trappola modificando la forma e le dimensioni del risonatore, " ha detto Rakovic.

Il micro-risonatore è facile da usare e il suo design è abbastanza semplice da avviare la sua produzione industriale. Può essere utilizzato non solo in strumenti destinati a controllare la velocità delle reazioni chimiche, ma anche come base per lo sviluppo di sorgenti luminose altamente efficaci e nuovi laser con una bassa soglia di generazione del controllo.

Lo strumento fornirà nuove opportunità per studiare gli effetti delle connessioni forti e deboli sullo scattering combinatorio, la velocità delle reazioni chimiche, conducibilità elettrica, generazione laser, trasferimento di energia non radiativo, e altro fisico, funzioni chimiche e biologiche. Ciò significherà anche un importante passo avanti nello sviluppo di varie applicazioni pratiche dell'effetto di connessione luce-materia, principalmente al fine di modificare il fisico, processi chimici e biologici.