Квантовая щель Кузыка — это несоответствие между максимальным значением нелинейно-оптической восприимчивости , допускаемым квантовой механикой, и максимальными значениями, реально наблюдаемыми в реальных молекулах . Наивысшее возможное значение (теоретически) известно как предел Кузыка , в честь его первооткрывателя, профессора Марка Г. Кузыка из Университета штата Вашингтон .
В 2000 году профессор Марк Г. Кузык из Университета штата Вашингтон рассчитал фундаментальный предел нелинейно-оптической восприимчивости молекул. Нелинейная восприимчивость является мерой того, насколько сильно свет взаимодействует с материей. Таким образом, эти результаты можно использовать для прогнозирования максимально достижимой эффективности различных типов оптических устройств. [1] [2]
Например, теорию Кузыка можно использовать для оценки того, насколько эффективно можно манипулировать оптической информацией в оптическом волокне (на основе эффекта Керра ), что, в свою очередь, связано с объемом информации, которую может обработать волоконно-оптическая система. По сути, ограничение скорости Интернета тесно связано с лимитом Кузыка.
Одним из необычных открытий является то, что все молекулы, которые когда-либо измерялись, оказываются ниже предела Кузыка примерно в 30 раз. Этот тридцатикратный разрыв между фундаментальным пределом и лучшими молекулами называется квантовым разрывом Кузыка. Никто не понимает причину этого разрыва, но нет оснований полагать, что он носит принципиальный характер. Поэтому вполне вероятно, что новые подходы к синтетической химии смогут найти способы создания более эффективных молекул. Хотя разрыв преодолим, предел Кузыка — нет. Учитывая, что предел Кузыка основан непосредственно на квантовой механике , нарушение предела будет означать, что существуют проблемы с квантовой теорией. [3] [4]
Недавно исследователи начали использовать нанотехнологии , чтобы связать молекулы вместе и повысить нелинейную восприимчивость. Поскольку связанные молекулы имеют больше электронов, коллективное движение этих электронов приводит к усилению нелинейного отклика. Поскольку расчеты показывают, что предел Кузыка увеличивается быстрее, чем линейно, лучше всего связать вместе как можно больше молекул. Исследователи создали материал из взаимосвязанных фуллеренов, который, по-видимому, нарушает квантовую щель Кузыка. Однако если все электроны подсчитаны правильно, то зазор, возможно, не был нарушен. В любом случае, абсолютная величина достигнутой нелинейности впечатляет, и подобные материалы когда-нибудь могут стать толчком к развитию Интернета. [5]
Нелинейная восприимчивость — фундаментальное свойство материала, лежащее в основе многих других важных приложений. Нелинейные оптические материалы можно использовать для преобразования света в более короткие (более синие) длины волн, которые можно фокусировать в пятно меньшего размера (минимально возможный размер луча пропорционален длине волны). Следовательно, источники света с более короткой длиной волны будут давать оптические записывающие носители с более высокой плотностью. (например, DVD и компакт-диски). Другие приложения включают в себя настраиваемые источники света, системы распознавания изображений и адаптивную оптику.