Направи дарение на училище!

При осветяване с червена светлина, разсеяната светлина от трета хармоника (в лилаво) разкрива усукването на метални наночастици. (Кредит: Венцислав Вълев и Лукас Охнутек).

Изследователите по физика от Университета в Бат откриват нов физически ефект, свързан с взаимодействията между светлината и усуканите материали – ефект, който вероятно ще има последици за възникващите нови нанотехнологии в комуникациите, нанороботиката и свръхтънките оптични компоненти.

През 17 и 18 век италианският майстор Антонио Страдивари произвежда музикални инструменти с легендарно качество, а най-известни са неговите (така наречени) цигулки Страдивариус. Това, което прави музиката на тези инструменти едновременно красива и уникална, е техният специфичен тембър, известен също като цвят на тона или качество на тона. Всички инструменти имат тембър – когато се свири музикална нота (звук с честота fs), инструментът създава хармоници (честоти, които са няколко кратно на началната честота, т.е. 2fs, 3fs, 4fs, 5fs, 6fs и т.н.).

По същия начин, когато светлината с определен цвят (с честота fc) свети върху материали, тези материали също могат да произвеждат хармоници (светлинни честоти 2fc, 3fc, 4fc, 5fc, 6fc и т.н.). Хармониците на светлината разкриват сложни свойства на материала, които намират приложение в медицинските изображения, комуникациите и лазерните технологии.

Например, почти всеки зелен лазерен показалец всъщност е инфрачервен лазерен показалец, чиято светлина е невидима за човешките очи. Зелената светлина, която виждаме, всъщност е втората хармоника (2fc) на инфрачервения лазерен показалец и се произвежда от специален кристал вътре в показалеца.

Разбери повече за БГ Наука:

***

Както в музикалните инструменти, така и в материалите, някои честоти са „забранени“ – тоест не могат да се чуят или видят, защото инструментът или материалът активно ги анулира. Тъй като кларинетът има права, цилиндрична форма, той потиска всички четни хармоници (2fs, 4fs, 6fs и т.н.) и произвежда само нечетни хармоници (3fs, 5fs, 7fs и т.н.). За разлика от това, саксофонът има конична и извита форма, която позволява всички хармонии и води до по -богат и гладък звук. Донякъде подобно, когато специфичен вид светлина (кръгова поляризация) блести върху метални наночастици, разпръснати в течност, нечетните хармоници на светлината не могат да се разпространяват по посоката на движението на светлината и съответните цветове са забранени.

Сега международен екип от учени, ръководен от изследователи от Катедрата по физика на Университета в Бат, са намерили начин да разкрият забранените цветове – това е откритие на нов физически ефект. За да постигнат този резултат, те „извиха“ експерименталното си оборудване.

Професор Венцислав Вълев, който ръководи изследването, каза: „Идеята, че усукването на наночастици или молекули може да бъде разкрито дори чрез хармоници на светлината, е формулирана за първи път преди повече от 42 години, от млад докторант – Дейвид Андрюс. Дейвид смяташе, че теорията му е твърде сложна, за да може някога да бъде потвърдена експериментално, но преди две години ние я демонстрирахме като явление. Сега открихме, че усукването на наночастиците може да се наблюдава и в нечетните хармоници на светлината. Забележително е, че съответната теория е предоставена от самият, днес утвърден професор, Дейвид Андрюс!

„Като музикална аналогия, досега учените, които изучават усукани молекули (ДНК, аминокиселини, протеини, захари и т.н.) и наночастици във вода – елементът на живота – са ги осветявали с определена честота и са наблюдавали същото честота или нейния шум (нехармонични частични обертонове). Нашето откритие позволява да се изучава хармоничните сигнали на тези усукани молекули. Така че можем да оценим техния „тембър“ за първи път.

„От практическа гледна точка нашите резултати предлагат ясен, лесен за употреба експериментален метод за постигане на безпрецедентно разбиране за взаимодействията между светлината и „усукани“ материали. Такива взаимодействия са в основата на нововъзникващите нанотехнологии в комуникациите, нанороботиката и свръхтънките оптични компоненти. Например „усукването“ на наночастиците може да определи стойността на информационните битове (за ляво или дясно усукване). То присъства и във витлата за нанороботи и може да повлияе на посоката на разпространение на лазерен лъч. Освен това, нашият метод е приложим в малки обеми осветление, подходящи за анализ на естествени химически продукти, които са обещаващи за нови фармацевтични продукти, но където наличният материал често е оскъден.

Докторантът Лукаш Охнутек, също участвал в изследването, каза: „Бяхме много близо да пропуснем това откритие. Първоначалното ни оборудване не беше „настроено“ добре и затова не виждахме нищо на третата хармоника. Започнах да губя надежда, но имахме среща, идентифицирахме потенциалните проблеми и ги изследвахме систематично, докато открием проблема. Прекрасно е да се изпита научния метод в действие, особено когато той води до научно откритие! ”

Професор Андрюс добави: „Професор Вълев доведе международен екип до истинско откритие в приложната фотоника. Когато той ме покани да участвам, това ме върна към теоретичната работа от докторантурата ми. Беше невероятно да се види, че тя се осъществи толкова години по-късно. „

Изследването е публикувано в списанието Laser & Photonic Reviews. То беше финансирано от Кралското Общество, Съвета за научни и технологични инсталации(STFC) и Съвета за инженерни и физически науки (EPSRC).

Университетът в Бат е един от водещите университети в Обединеното кралство както по отношение на научните изследвания, така и с репутацията ни за отлични постижения в преподаването, обучението и перспективите за завършване.

Университетът е класиран като Златен в рамката за преподавателски постижения (TEF), правителствената оценка на качеството на преподаване в университетите, което означава, че преподаването му е с най -високо качество във Великобритания.

В Рамката за върхови постижения в областта на научните изследвания (REF) за 2014 г. 87 % от нашите изследвания бяха определени като „водещи в света“ или „отлични в международен план“. 

Добре утвърден като подхранваща среда за предприемчиви умове, Бат се класира високо във всички таблици на националната лига. Ние сме класирани на 6 -то място в Обединеното кралство от The Guardian University Guide 2021 и на 9 -то място в The Times & Sunday Times Good University Guide 2021 и на 10 -то място в Пълното университетско ръководство 2021. 

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!