Исследователи из Университета Колорадо в Денвере (CU Denver) нашли новый способ создавать экстремальные электромагнитные поля, подобные тем, что генерируются на Большом адронном коллайдере (БАК) в ЦЕРН (Европейской организации по ядерным исследованиям), на чипе размером с большой палец обычной лаборатории.
Это открытие, как сообщается в пресс-релизе, обещает революцию в науке, позволяя специалистам по квантовой физике проверять идеи, словно сошедшие со страниц научной фантастики, и углублять наши представления о медицине и физике.
Электромагнитные поля создаются, когда электроны внутри материалов вибрируют и колеблются на очень высоких скоростях. Эти поля важны, поскольку на них основана работа большинства современных технологий — от электронных чипов до крупного научного оборудования, используемого в современной медицине.
Даже поиски неуловимой тёмной материи или понимание квантового строения атомов требуют использования чрезвычайно мощных электромагнитных полей. Для создания таких высокочастотных полей необходимы масштабные установки, как БАК в Швейцарии, который имеет около 27 км туннелей для генерации высокоэнергетических пучков.
Исследовательская группа под руководством Акаша Сахаи, доцента кафедры электротехники в CU Denver, нашла способ воссоздать подобное на чипе размером с большой палец в обычной лаборатории. Первый в мире чип генерации квантового света на основе полупроводниковой технологии
Как работает технология
Команда Сахаи создала материал на основе кремния, похожий на чип, который способен выдерживать воздействие пучков высокоэнергетических частиц и получать доступ к электромагнитным полям, генерируемым квантовым электронным газом (состоянием, в котором множество электронов ведут себя как единая квантовая система).
Устройство справляется с тепловым потоком, возникающим при колебаниях, сохраняя при этом стабильность газа, что даёт учёным возможность наблюдать за активностью на невиданном ранее уровне.
«Открытие заключается в том, чтобы управлять таким мощным потоком энергии, сохраняя при этом базовую структуру материала», — сказал Кальян Тирумаласетти, аспирант из CU Denver, который также внес вклад в проект.
«Этот технологический прорыв может реально изменить мир. Речь идет о понимании того, как устроена природа, и использовании этих знаний для позитивного влияния на мир».
Где это можно будет применять
Исследователи надеются, что их технологическое достижение поможет сделать реальностью гамма-лазеры, также известные как гразеры (гипотетические устройства, излучающие когерентные, то есть упорядоченные, гамма-лучи, подобно обычным лазерам в видимом спектре).
«Мы могли бы получать изображения тканей не просто на уровне клеточных ядер, а на уровне ядер составляющих их атомов», — объяснил Сахаи.
«Это означает, что учёные и врачи смогут видеть, что происходит на ядерном уровне, и это может ускорить наше понимание огромных сил, которые доминируют в таких малых масштабах, а также привести к созданию более эффективных методов лечения и лекарств».
Сахаи добавил, что в конечном итоге гамма-лазер сможет модифицировать ядро и даже удалять раковые клетки на наноуровне (масштабе, сопоставимом с размерами отдельных молекул и атомов). Но это еще не все. Этот подход также может быть использован для исследования самой ткани Вселенной и проверки существования мультиверсумов.
«В прошлом у нас уже были технологические прорывы, которые двигали нас вперед, например, понимание субатомной структуры привело к созданию лазеров, компьютерных чипов и светодиодов (LED). Эта инновация, также основанная на материаловедении, стоит в том же ряду», — заключил Сахаи в пресс-релизе.