Edisonova žarulja s uvrnutim svjetlom

Istraživači sa Sveučilišta u Michiganu pokazali su da se jarko, uvrnuto svjetlo može proizvesti tehnologijom sličnoj Edisonovoj žarulji. Ovo otkriće dodaje nijansu fundamentalnoj fizici, a istovremeno nudi novi put za sustave robotskog vida i druge primjene za svjetlo koje iscrtava spiralu u prostoru.

"Teško je generirati dovoljno svjetline kada se proizvodi upletena svjetlost tradicionalnim načinima poput luminescencije elektrona ili fotona," rekao je Jun Lu, pomoćni istraživač u kemijskom inženjerstvu na Sveučilištu u Michiganu i prvi autor studije objavljene u časopisu Science.

"Postupno smo primijetili da zapravo imamo vrlo stari način za generiranje tih fotona, ne oslanjajući se na pobude fotona i elektrona, već poput žarulje koju je razvio Edison".

Svaki objekt s bilo kakvom toplinom, uključujući i vas, neprestano šalje fotone u spektru povezanom s njegovom temperaturom. Kada objekt ima istu temperaturu kao i okolina, on također apsorbira ekvivalentnu količinu fotona, što je poznato kao "zračenje crnog tijela", jer crna boja apsorbira sve frekvencije fotona.

Iako je žarna nit volframove žarulje mnogo toplija od okoline, zakon koji definira zračenje crnog tijela, nudi dobru aproksimaciju spektra fotona koje ona šalje. Svi zajedno, vidljivi fotoni izgledaju poput bijele svjetlosti, ali kada svjetlost prođe kroz prizmu, možete vidjeti dugu različitih fotona unutar nje.

Ovo zračenje također je razlog zašto se prikazujete sjajno na toplinskoj slici, ali čak i objekti sobne temperature neprestano emitiraju i primaju fotone crnog tijela, što ih također čini slabo vidljivima.

Nova studija otkrila je da ako bi emiter bio upleten na mikro ili nanoskali, s duljinom svakog uvijanja sličnoj valnoj duljini emitirane svjetlosti, zračenje crnog tijela bi također bilo upleteno. Snaga uvijanja u svjetlu, ili njegova eliptična polarizacija, ovisila je o dva glavna čimbenika, koliko je valna duljina fotona bila blizu duljini svakog uvijanja i elektronskim svojstvima materijala, nanougljika ili metala u ovom slučaju.

Uvrnuto svjetlo se također naziva "kiralnim" jer su rotacije u smjeru kazaljke na satu i suprotno od njega zrcalne slike jedna druge. Studija je poduzeta kako bi se demonstrirala premisa više primijenjenog projekta koji bi tim iz Michigana želio nastaviti, korištenje kiralnog zračenja crnog tijela za identifikaciju objekata. Zamišljaju robote i samovozeće automobile koji mogu vidjeti poput račića morske bogomoljke jer razlikuju svjetlosne valove s različitim smjerovima vrtnje i stupnjevima uvijenosti. 

Iako je svjetlina glavna prednost ove metode za proizvodnju upletene svjetlosti, do 100 puta svjetlije od drugih pristupa, svjetlost uključuje široki spektar valnih duljina i uvijanja.

Tim ima ideje o tome kako to riješiti, uključujući istraživanje mogućnosti izgradnje lasera koji se oslanja na upletene strukture koje emitiraju svjetlost.