Дослідники розробили перший наноматеріал, в якому спостерігається ефект «фотонної лавини». Розробка знайде безліч застосувань - від оптичної мікроскопії надвисокої роздільної здатності до квантового зондування.
Якщо на ці наночастинки потрапить один фотон, то на виході з них вийде 26 квантів світла. Вперше такі параметри фізики зафіксували для частинок розміром всього 20 нанометрів
Лавиноподібний рух є прикладом нелінійного процесу, в якому зміна вхідного сигналу або збудження призводить до дуже сильної зміни вихідного сигналу. Для ефективного створення нелінійно-оптичних сигналів зазвичай потрібні великі обсяги речовини, і раніше «фотонну лавину» вдавалося спостерігати тільки в відносно великих кристалах.
В оптиці фотонна лавина - це процес, при якому кристал поглинає один фотон, а випускає відразу кілька. Ефект фотонної лавини можна спостерігати в спеціалізованих лазерах, в яких поглинання квантів світла індукує каскад подій, що в кінцевому підсумку призводять до ефективної генерації випромінювання. Особливу увагу дослідників привертає той факт, що поглинання одного фотона призводить не тільки до випускання великої кількості цих частинок, але і до дивовижної властивості: фотони, що випускаються, мають більшу енергію, ніж поглинений.
Досі фотонну лавину вдавалося створити тільки в відносно великих кристалах, що складаються з лантаноїдів. Тепер дослідники змогли створити частинки з'єднань цих елементів розміром всього 20 нанометрів, в яких також можливий рух фотонної лавини. Команда вчених виявила, що нелінійно-оптичний відгук в цих наночастинках такий високий, що зміна інтенсивності вхідного сигналу всього на 10% призводить до зростання інтенсивності вихідного сигналу більш ніж на 1000%. Один вхідний фотон, згідно з розрахунками, породжує 26 частинок на виході.
Такі властивості нових наночастинок обіцяють їм перспективи для використання як надчутливих датчиків, оскільки вони зможуть вловлювати найменші зміни в освітленості. Впровадження таких частинок в оптичні мікроскопи, згідно авторам, дозволить значно перевершити дифракційну межу сучасних приладів.
Стаття про відкриття опублікована в журналі Nature.