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以人造單原子制成量子放大器 發(fā)布時間： 2010-05-27 | 作者：張巍巍 http://www.stdaily.com 2010年05月27日 來源： 科技日報 作者： 張巍巍 本報訊 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月26日（北京時間）報道，俄羅斯和日本科學(xué)家利用“人造單原子”方法，成功研制出量子放大器，使在芯片上建立量子放大器等量子元件的技術(shù)向前推進了一步，該科研成果將在電子和光學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)研究報告發(fā)表在近期出版的《物理評論快報》上。 作為利用量子效應(yīng)來放大信號的設(shè)備，量子放大器以多種不同形式呈現(xiàn)在人們眼前。其中最普遍的形式應(yīng)該是激光，借助受激輻射過程將光子從原子中激發(fā)出來。而實現(xiàn)量子放大器可調(diào)可控的一種途徑就是利用單個原子或分子建立相關(guān)系統(tǒng)。然而，由于自然的原子與需放大的電磁波的耦合性很弱，單原子的量子放大器迄今為止都難以制成。 俄羅斯科學(xué)院列別德物理研究所和日本電氣公司（NEC）納米電子研究實驗室組成的研究小組，利用“人造單原子”方法成功解決了這一問題。 研究人員介紹說，所謂“人造單原子”，就是一種在普通硅基芯片上人工制成的金屬薄膜，它由多個單元組成，包括高頻輻射傳輸線、共振器和一個納米超導(dǎo)結(jié)構(gòu)等。這一“單原子”能與一維空間的電磁模式強烈耦合，從而可實現(xiàn)電磁波放大過程的可調(diào)可控。 研究人員表示，研究的關(guān)鍵在于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的準備，這在激光中也是一樣。實驗中所用的“人造單原子”具有三個分立能級，研究人員通過向該“人造單原子”發(fā)射特定頻率的電磁信號，可使其從基態(tài)激發(fā)至第二受激態(tài)。此后，“人造單原子”將部分恢復(fù)至基態(tài)，部分恢復(fù)至第一受激態(tài)。當處于第一受激態(tài)的光子數(shù)多于處于基態(tài)的光子時，就會發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。隨后科研人員將另一個需放大的脈沖信號傳遞給“人造單原子”，這時，就會與基態(tài)粒子和第一受激態(tài)的粒子狀態(tài)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生共振，刺激這一轉(zhuǎn)換使光子從“人造單原子”中釋放出來，從而實現(xiàn)了信號的全面放大。 研究人員計算出的放大器的最大增益可達1.09，相當于平均每100個入射光子就會釋放109個輻射光子，而理論最大增益為1.125。研究人員稱，如果使用更多的原子，則可獲得更大的增益。 研究人員表示，“人造單原子”為制造基本的量子放大器提供了新思路，其可被用作大規(guī)模、可調(diào)整的量子放大器組件，也為實現(xiàn)量子太陽能電池的量產(chǎn)帶來了希望。（張巍巍） 總編輯圈點： 人造原子這兩天成了國際物理學(xué)界的大明星。就在《物理評論快報》宣告這項成果之前，最新一期《自然—納米技術(shù)》剛剛發(fā)布了世界上最小的晶體管——由7個原子在單晶硅表面構(gòu)成的一個“量子點”，它是另外一種人造原子。接踵而至的這些“不可思議”尤其讓我們對人造原子嘖嘖稱奇。完全可以期待，科學(xué)家在人造原子這個微型實驗室里必將制造更多的驚喜，引領(lǐng)人類走向未知的新天地。 本篇文章來源于 科技網(wǎng)|www.stdaily.com 原文鏈接：http://www.stdaily.com/kjrb/content/2010-05/27/content_191667.htm 本篇文章來源于 科技網(wǎng)|www.stdaily.com 原文鏈接：http://www.stdaily.com/kjrb/content/2010-05/27/content_191667.htm |
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