Sebuah teori kuantum baru menjelaskan “fase yang diinduksi cahaya” dari materi

Fase yang diinduksi cahaya, satu kelompok fase yang ditemukan baru-baru ini, telah menarik minat besar para ilmuwan dalam 10 tahun terakhir karena diyakini menyediakan platform yang layak untuk panel surya baru, platform kimia baru, dan rute baru menuju teknologi kuantum kontemporer.

Sebuah tim dari Universitas Kota Hong Kong (CityU) yang dipimpin oleh seorang fisikawan baru-baru ini menciptakan teori kuantum baru yang menjelaskan “fase yang diinduksi cahaya” dari materi dan memprediksi fungsi revolusionernya. Teori baru dapat sepenuhnya mengubah area fotonik kuantum dan kontrol kuantum pada suhu kamar. Itu juga memungkinkan banyak teknologi berbasis cahaya di masa depan, termasuk komunikasi optik, komputasi kuantum, dan pemanenan cahaya.

Untuk pemanenan cahaya, konversi energi, dan perangkat komputasi kuantum, aktivitas ultracepat dari molekul fotoaktif, seperti transfer elektron dan redistribusi energi, yang biasanya terjadi pada skala femtosecond (10–15 detik), merupakan hal yang sangat penting.

Namun, ada banyak yang tidak diketahui dalam studi tentang proses ini. Karena sebagian besar teori tentang fase yang diinduksi cahaya dibatasi oleh skala waktu dan energi, mereka tidak dapat menjelaskan bagaimana pulsa laser pendek memengaruhi sifat transien molekul dan proses ultracepat. Ini menempatkan batasan mendasar pada studi fase materi yang diinduksi cahaya.

Untuk mengatasi tantangan ini, Dr. Zhang dan rekannya menyusun teori kuantum pertama yang unik dari sinyal optik untuk fase molekul yang diinduksi oleh cahaya. Teori baru mengatasi keterbatasan teori dan metode sebelumnya dengan menggunakan analisis matematis dan simulasi numerik untuk menjelaskan dinamika molekul dalam keadaan tereksitasi dan sifat optiknya secara real time.

Teori baru menggabungkan spektroskopi ultrafast dengan elektrodinamika kuantum mutakhir. Ini menjelaskan dinamika molekul nonlinier menggunakan aljabar kontemporer, meletakkan dasar untuk aplikasi teknis mutakhir laser dan karakterisasi material. Dengan demikian, ini memperkenalkan prinsip deteksi optik baru dan metrik kuantum.

Dr Zhang Zhedong, asisten profesor fisika di CityU, yang memimpin penelitian tersebut, mengatakan, “Apa yang sangat menarik tentang teori baru kami adalah bahwa gerakan kooperatif sekelompok partikel menunjukkan perilaku seperti gelombang, merambat dari jarak jauh. Hal ini tidak dapat dicapai dalam studi konvensional. Gerakan kelompok ini dapat terjadi pada suhu kamar daripada pada suhu suhu yang lebih rendah.” fotokimia.”

Mengembangkan perangkat pemanen dan pemancar cahaya generasi berikutnya, serta menyalakan dan mendeteksi laser, menjadi lebih mudah dengan teori kuantum baru. Emisi cahaya terang dapat dihasilkan dari koherensi yang disebabkan oleh kerja sama molekuler yang diinduksi oleh cahaya. Probe pencarian spektral untuk fase materi yang diinduksi cahaya dapat digunakan untuk memanfaatkan pengukuran kuantum dan teknologi sensor optik generasi berikutnya.

Pada skala yang lebih besar, fase yang diinduksi cahaya memungkinkan banyak aplikasi berbasis cahaya multidisiplin baru, seperti komunikasi fotonik, pencitraan biologis, kontrol katalitik kimia, dan pemetaan perangkat pemanen cahaya dengan cara hemat energi.

Dalam waktu dekat, para peneliti berencana untuk mengeksplorasi fase yang diinduksi cahaya dan dampaknya pada material kuantum serta mengembangkan teknik spektroskopi dan deteksi baru dalam konteks keterikatan kuantum.

Referensi jurnal:

1. Zhedong Zhang, Xiaoyu Nie, Dangyuan Lei, and Shaul Mukamel. Spektroskopi korelatif multidimensi dari kereta molekuler: pendekatan Langevin. Surat pemeriksaan fisik. DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.103001