光学和光子学

穿过纳米光子材料的电子可以产生类似同步加速器的光

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-12 12:07

根据美国,以色列和新加坡科学家的计算,距材料表面仅几纳米的真空波动会导致相对论电子通过,从而发出X射线和其他高频电磁辐射。如果通过实验证实,则该效果可用于创建紧凑且可调的X射线源,甚至是伽马射线。 很难制造高质量的X射线和更高频率的电磁辐射源,因为材料中的电子无法对这些高频

  根据美国,以色列和新加坡科学家的计算,距材料表面仅几纳米的真空波动会导致相对论电子通过,从而发出X射线和其他高频电磁辐射。如果通过实验证实,则该效果可用于创建紧凑且可调的X射线源,甚至是伽马射线。

穿过纳米光子材料的电子可以产生类似同步加速器的光

  很难制造高质量的X射线和更高频率的电磁辐射源,因为材料中的电子无法对这些高频下的电磁场振荡做出足够迅速的反应。取而代之的是,此类辐射的产生依赖于强大的外部场,该场会加速诸如同步加速器和自由电子激光器之类的设备中的高能电子束。尽管这种方法非常成功,但它需要巨大且昂贵的磁铁或激光器,并且只能在少数几个专用场所进行。

  现在,新加坡麻省理工学院,理工学院和新加坡南洋理工大学的尼古拉斯·里维拉(Nicholas Rivera)及其同事提出了一种产生高频光的新方法,该方法不需要强外部场。它涉及一个双光子过程,从相对材料的表面经过几纳米的相对论自由电子自发地发出高能光子和极化子。后者是准粒子,是由于光与偶极子在介质中相互作用和混合而形成的。这种自发发射的原因是真空波动,这是众所周知的现象,因为真空不是空的空间,而是电磁场的能量密度不为零。

  著名的效果

  “由真空波动引起的最著名的影响是中性物体之间的卡西米尔和范德华力,后者解释了壁虎在天花板上行走的能力”,里维拉补充道。这些所谓的真空力在纳米光子结构的纳米级附近特别强。

  Rivera及其同事对光学材料(例如石墨烯)中的这种效应进行了计算。金和银薄膜;和碳化硅。在这些材料中,极化子以红外或可见光频率发射。使用掺杂的石墨烯可提高范德华力的强度,从而从电子中提取更多的发射。Ido Kaminer解释说,计算出的光子发射比同步加速器更宽,从软紫外线到硬X射线频率。此外,研究小组计算得出,总发射功率与等能量电子作为1 T磁场感应的同步加速器光所发射的功率相当,这是令人震惊的理论预测。

  基于纳米光子材料附近和内部的真空波动,该概念可用于开发紧凑且可调的高频光源。但是哪种材料可以提供理想的辐射特性?

  相干性更高,脉冲更短

  Kaminer说:“我们期望某些周期性模式(如现在通常在超颖表面上所做的那样)会导致更高的相干性和更短的脉冲”。千兆电子束可以通过常规的线性加速器传递,或者将来可能通过更紧凑的激光尾场加速器传递。该框架可以扩展为包括更复杂的电子束配置,例如移动偶极子或成束的电子-后者用于自由电子激光器。

  最终,通过使用纳米光子学的工具,控制高频光发射可能会导致在X射线甚至伽马射线频率处产生合成的主动非线性。可以使用这种非线性,例如,通过参数下转换来创建X射线光子的纠缠对。

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