Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Optical dynamics in multichromophore systems

Dirk Jan Heijs

Published Jan 1, 2006• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Dirk-Jan Heijs bestudeerde de optische eigenschappen van moleculaire systemen met meerdere chromoforen. Een chromofoor is in een molecuul dat verantwoordelijk is voor de kleur, zoals bijvoorbeeld chlorofyl in het bladgroen van een plant. Heijs stelde ondermeer theoretische modellen op die van belang kunnen zijn voor de ontwikkeling van de zogenaamde kwantumcomputer.

Related papers

Chromophore Interacting with Phonons and TLSs Which Are not in Thermal Equilibrium

Игорь Сергеевич Осадько

Springer series in chemical physics•Jan 1, 2003•1 citation

Mechanisms for photonic switching in systems with strongly interacting dipoles

Joost A. Klugkist

In dit proefschrift bestuderen we mechanismen voor ultra-kleine licht schakelaars. Toepassing van dit soort mechanismen kan de weg vrijmaken voor nieuwe klassen van optische materialen, waarin op nanometerschaal de transmissie van licht aan- en uitgeschakeld kan worden. De controle van de gang van licht door micro- en nanometerschaal optische materialen vormt een belangrijk onderwerp van onderzoek. Onderzoek in dit vakgebied is van groot belang voor onder andere optische informatieverwerking en kan mogelijk leiden tot de ontwikkeling van computers die gebruikmaken van optische schakelingen (vgl. de huidige generatie computers, die de informatieoverdracht bewerkstelligt door middel van elektronische schakelingen). Door wisselwerkingen tussen een groot aantal identieke bouwstenen kunnen zich interessante fenomenen voordoen. Hierbij kan men bijvoorbeeld denken aan de bijzondere eigenschappen van water, die pas bij een groot aantal watermoleculen aan het licht komen. Zonder wisselwerking kan geen collectiviteit optreden. De optische fenomenen die we in dit proefschift hebben onderzocht zijn collectieve eigenschappen van configuraties van electrische dipolen. Een electrische dipool is ´e´en van de meest eenvoudige systemen om de wisselwerking tussen licht en materie te beschrijven. Een electrische dipool wordt gevormd door een dicht bij elkaar staande positieve en negatieve lading. Zoals een magnetische dipool gericht kan worden door een magnetisch veld, kan een electrische dipool worden gericht door een electrisch veld. Op moleculair niveau kan de electronenwolk rond het molecuul met de positieve atoomkernen een dipool vormen. Door absorptie van licht kan bovendien een dipoolmoment in een molecuul worden ge¨induceerd. De energie van een foton wordt opgeslagen in de veranderde electronen-configuratie van het molecuul (als potenti¨ele energie). Het molecuul is dan van de energetisch meest gunstige toestand (de grond- toestand) in een aangeslagen toestand gebracht. De grootte van het ge¨induceerde dipoolmoment wordt overgangsdipool genoemd. Stoffen met grote overgangsdipolen hebben een sterke wisselwerking met licht. Een molecuul met een overgangsdipool kan in de meest eenvoudige benadering worden beschreven als een systeem met twee niveaus: een toestand met een lage energie - de grondtoestand - en een toestand met een hogere energie, die bereikt kan worden door absorptie van licht - de aangeslagen toestand. Kleurstoffen zijn stoffen die grote overgangsdipoolmomenten hebben, waardoor ze een sterke wisselwerking met licht hebben. In hoofdstuk twee beschrijven we in detail de uitzonderlijke optische eigenschappen van clusters (ook wel moleculaire aggregaten genoemd) van kleurstof-moleculen. De moleculen in het cluster worden door electrostatische krachten bij elkaar gehouden. De optische eigenschappen van deze clusters verschillen sterk ten opzichte van de optische eigenschappen van een enkel kleurstof-molecuul. Dit kan inzichtelijk worden gemaakt door het volgende vereenvoudigde beeld: een electromagnetisch veld (licht) zorgt voor een trillende electronenconfiguratie, die een trillende dipool ten opzichte van de positieve kernen vormt. Deze induceert ook trillingen in naburige kleurstofmoleculen. Het veld brengt het cluster in een collectieve aangeslagen toestand. De collectieve toestanden van het cluster hebben een veel groter overgangsdipoolmoment dan de individuele moleculen. Daardoor hebben deze clusters van kleurstof-moleculen een bijzonder sterke wisselwerking met licht, waardoor het een interessant studieobject is. In hoofdstuk drie en vier laten we zien dat een dunne laag van moleculaire aggregaten als een volledig optische schakelaar kan werken. Licht met een lage intensiteit wordt door deze dunne laag volledig gereflecteerd. Deze reflectie is het gevolg van de sterke absorptie van de moleculaire aggregaten. De hoeveelheid energie die de film kan opslaan is echter beperkt. Licht met een hoge intensiteit kan de film verzadigen, waardoor een bijna volledige transmissie van het licht optreedt. Door het systeem met een externe lichtpuls te verzadigen, kan de transmissie van andere lichtbronnen worden geregeld. In hoofdstuk vijf, zes en zeven onderzoeken we eigenschappen van wanordelijke moleculaire ketens. Deze wanorde is het gevolg zijn van de chaotische omgeving rond de ketens. Er wordt gekeken hoe materiaal-eigenschappen afhangen van de mate van wanorde. Door bepaalde karakteristieken te schalen als functie van de sterkte van de wanorde laten we zien dat deze eigenschappen in feite niet veranderen. Ondanks de willekeur kunnen er toch heel algemene uitspraken over deze systemen worden gedaan, die niet afhangen van de sterkte van de wanorde. In deze drie hoofdstukken wordt verder aandacht geschonken aan experimenten waarbij de absorptie van licht door de ketens wordt gemeten. In het bijzonder kijken we naar de verandering van het spectrum van het geabsorbeerde licht als het systeem al energie van een eerdere licht puls heeft opgenomen. In het laatste deel van dit proefschrift hebben we een zogenaamd fotonisch kristal gemodeleerd. Fotonische kristallen hebben door hun microscopische structuur een sterke wisselwerking met zichtbaar licht. De meeste fotonische kristallen hebben optische eigenschappen die niet veranderd kunnen worden als het kristal eenmaal gefabriceerd is. Bij bijzondere kristallen kan de doorlaatbaarheid van licht worden veranderd door invloed van buitenaf. Een dergelijk kristal kan als een optische schakelaar worden gebruikt, een belangrijk element in optische informatieverwerking. Het fotonische kristal dat we onderzocht hebben bestaat uit invallend licht dat interactie heeft met een rooster van Lorentz-oscillatoren. Een Lorentz-oscillator is de meest eenvoudige beschrijving van de interactie tussen licht en materie. Materie wordt voorgesteld door een massa met een positieve lading die met een veer aan een massa met een negatieve lading is bevestigd. Het massa-veer systeem wordt door het electromagnetische veld in beweging gebracht, waardoor een trillende dipool ontstaat. Dit systeem is een elegant model om de licht-materie interactie te beschrijven en te visualiseren. Wat dit model van een fotonisch kristal bijzonder maakt, is dat een spontane overgang plaatsvindt naar een nieuwe geordende toestand bij voldoende sterke wisselwerking tussen de dipolen en het licht. De dipolen zijn dan verplaatst van hun oorspronkelijke evenwichtspositie, zodat de symmetrie van het oorspronkelijke kristal is gebroken. Dat er een faseovergang plaats kan vinden, was al langer bekend, maar dit was nog niet eerder in de context van fotonische kristallen geplaatst. De optische eigenschappen veranderen als er een structuurverandering plaatsvindt. Een interessante mogelijkheid doet zich voor nabij de faseovergang. De dipolen zijn dan sterk te be¨invloeden door een extern electrisch veld. Met het externe veld kan de lichtdoorlaatbaarheid van het kristal worden beinvloed, zodat het als een optische schakelaar kan worden gebruikt.

•Jan 1, 2008•1 citation

Formation of a complex nonlinear response in bichromophore solutions

Leonid I. Burov, Sergey K. Gorbatsevich, Vladimir I. Tomin

Journal of Applied Spectroscopy•May 1, 1997•0 citations

Atom Trap Trace Analysis of Calcium Isotopes

Steven Hoekstra

Het zoeken naar een calcium-41 atoom is als het zoeken naar een speld die verborgen kan zijn in niet één hooiberg, maar wel duizend hooibergen. In zijn promotieonderzoek werkte Steven Hoekstra aan een methode waarmee die speld toch binnen afzienbare tijd opgespoord kan worden. Calcium-41, kortweg 41Ca, is een zogenaamd sporenelement. Het kunnen detecteren ervan kan om uiteenlopende redenen nuttig zijn, bijvoorbeeld in biomedisch onderzoek aan botontkalking. Maar het zou ook een manier kunnen zijn om oude botten te dateren, vergelijkbaar met de bekende koolstofdateringsmethode. De experimentele methode waaraan Hoekstra werkte heet Atom Trap Trace Analysis (ATTA) en is gebaseerd op de interactie tussen atomen en laserlicht. Met behulp van dit laserlicht worden de verschillende calciumisotopen gescheiden en uiteindelijk gevangen in een ‘magneto-optische val’. Die bestaat uit een combinatie van zes laserbundels met een magnetisch veld. In de val kunnen we de verschillende calciumisotopen met grote gevoeligheid detecteren. Zelfs is het gelukt het uiterst zwakke signaal van één enkel atoom te meten. De huidige stand van zaken is dat de opstelling voldoende gevoelig voor de genoemde biomedische toepassing. Hiervoor kunnen monsters worden gebruikt die verrijkt zijn met extra 41Ca. Uit berekeningen van Hoekstra blijkt dat door het gebruik van extra laser-vermogen de efficiëntie van de opstelling nog verhoogd kan worden. Dat zou de opstelling ook voor de andere genoemde toepassing, radiocalciumdatering, geschikt maken.

•Jan 1, 2005•1 citation

Dynamics of a molecule in a resonance light field

Yu. T. Mazurenko, Vladimir Sergeevich Yarunin

Optics and Spectroscopy•Oct 1, 1986•0 citations

Two-laser spectroscopy and coherent manipulation of color-center spin ensembles in silicon carbide

Olger V. Zwier

Om een kwantum apparaat te bouwen dat zijn hedendaagse, “klassieke” evenknie in het stof doet bijten (bijvoorbeeld onbreekbare versleuteling, of exponentieel snellere berekeningen), hebben we betere kwantumonderdelen nodig dan er nu bestaan. Deze dragers van kwantuminformatie (zogenaamde qubits) moeten goed opschaalbaar zijn naar grote systemen, integreerbaar zijn met huidige technologie, en ook nog eens betaalbaar. Wij verkennen een nieuw type qubit genaam kleurcentrum, wat van nature voorkomt op atomaire schaal in bepaalde halfgeleidende materialen. In ons materiaal onder studie, silicium carbide, bestaan honderden van dit soort centra die kunnen voldoen aan de eerder genoemde criteria, elk met zijn eigen voor- en nadelen voor toepassingen. Dit werk bevat twee hoofdlijnen. Ten eerste de ontwikkeling van experimentele technieken en analyse om kleurcentra in bulk te karakteriseren, gebruik makende van enkel licht, in een imperfect, onder spanning staand materiaal (wat de natuurlijke staat is voor zo’n materiaal, tenzij grote zorg wordt gedragen tijdens het groeien). Dit vergemakkelijkt de zoektocht naar het juiste kwantumsysteem voor de juiste taak. Ten tweede tonen we controlle over de kwantumtoestand van drie verschillende centra (twee typen zogeheten “divacancies”, met verschillende symmetrie, en molybdenum onzuiverheden), alleen gebruik makende van licht. Dit werk toont de sterke punten van deze defecten, en wijst de weg naar volledig optische kwantumtoepassingen ermee, verwerkt in een microchip.

•Jan 1, 2016•3 citations
Dirk-Jan Heijs bestudeerde de optische eigenschappen van moleculaire systemen met meerdere chromoforen. Een chromofoor is in een molecuul dat verantwoordelijk is voor de kleur, zoals bijvoorbeeld chlorofyl in het bladgroen van een plant. Heijs stelde ondermeer theoretische modellen op die van belang kunnen zijn voor de ontwikkeling van de zogenaamde kwantumcomputer.
In dit proefschrift bestuderen we mechanismen voor ultra-kleine licht schakelaars. Toepassing van dit soort mechanismen kan de weg vrijmaken voor nieuwe klassen van optische materialen, waarin op nanometerschaal de transmissie van licht aan- en uitgeschakeld kan worden. De controle van de gang van licht door micro- en nanometerschaal optische materialen vormt een belangrijk onderwerp van onderzoek. Onderzoek in dit vakgebied is van groot belang voor onder andere optische informatieverwerking en kan mogelijk leiden tot de ontwikkeling van computers die gebruikmaken van optische schakelingen (vgl. de huidige generatie computers, die de informatieoverdracht bewerkstelligt door middel van elektronische schakelingen). Door wisselwerkingen tussen een groot aantal identieke bouwstenen kunnen zich interessante fenomenen voordoen. Hierbij kan men bijvoorbeeld denken aan de bijzondere eigenschappen van water, die pas bij een groot aantal watermoleculen aan het licht komen. Zonder wisselwerking kan geen collectiviteit optreden. De optische fenomenen die we in dit proefschift hebben onderzocht zijn collectieve eigenschappen van configuraties van electrische dipolen. Een electrische dipool is ´e´en van de meest eenvoudige systemen om de wisselwerking tussen licht en materie te beschrijven. Een electrische dipool wordt gevormd door een dicht bij elkaar staande positieve en negatieve lading. Zoals een magnetische dipool gericht kan worden door een magnetisch veld, kan een electrische dipool worden gericht door een electrisch veld. Op moleculair niveau kan de electronenwolk rond het molecuul met de positieve atoomkernen een dipool vormen. Door absorptie van licht kan bovendien een dipoolmoment in een molecuul worden ge¨induceerd. De energie van een foton wordt opgeslagen in de veranderde electronen-configuratie van het molecuul (als potenti¨ele energie). Het molecuul is dan van de energetisch meest gunstige toestand (de grond- toestand) in een aangeslagen toestand gebracht. De grootte van het ge¨induceerde dipoolmoment wordt overgangsdipool genoemd. Stoffen met grote overgangsdipolen hebben een sterke wisselwerking met licht. Een molecuul met een overgangsdipool kan in de meest eenvoudige benadering worden beschreven als een systeem met twee niveaus: een toestand met een lage energie - de grondtoestand - en een toestand met een hogere energie, die bereikt kan worden door absorptie van licht - de aangeslagen toestand. Kleurstoffen zijn stoffen die grote overgangsdipoolmomenten hebben, waardoor ze een sterke wisselwerking met licht hebben. In hoofdstuk twee beschrijven we in detail de uitzonderlijke optische eigenschappen van clusters (ook wel moleculaire aggregaten genoemd) van kleurstof-moleculen. De moleculen in het cluster worden door electrostatische krachten bij elkaar gehouden. De optische eigenschappen van deze clusters verschillen sterk ten opzichte van de optische eigenschappen van een enkel kleurstof-molecuul. Dit kan inzichtelijk worden gemaakt door het volgende vereenvoudigde beeld: een electromagnetisch veld (licht) zorgt voor een trillende electronenconfiguratie, die een trillende dipool ten opzichte van de positieve kernen vormt. Deze induceert ook trillingen in naburige kleurstofmoleculen. Het veld brengt het cluster in een collectieve aangeslagen toestand. De collectieve toestanden van het cluster hebben een veel groter overgangsdipoolmoment dan de individuele moleculen. Daardoor hebben deze clusters van kleurstof-moleculen een bijzonder sterke wisselwerking met licht, waardoor het een interessant studieobject is. In hoofdstuk drie en vier laten we zien dat een dunne laag van moleculaire aggregaten als een volledig optische schakelaar kan werken. Licht met een lage intensiteit wordt door deze dunne laag volledig gereflecteerd. Deze reflectie is het gevolg van de sterke absorptie van de moleculaire aggregaten. De hoeveelheid energie die de film kan opslaan is echter beperkt. Licht met een hoge intensiteit kan de film verzadigen, waardoor een bijna volledige transmissie van het licht optreedt. Door het systeem met een externe lichtpuls te verzadigen, kan de transmissie van andere lichtbronnen worden geregeld. In hoofdstuk vijf, zes en zeven onderzoeken we eigenschappen van wanordelijke moleculaire ketens. Deze wanorde is het gevolg zijn van de chaotische omgeving rond de ketens. Er wordt gekeken hoe materiaal-eigenschappen afhangen van de mate van wanorde. Door bepaalde karakteristieken te schalen als functie van de sterkte van de wanorde laten we zien dat deze eigenschappen in feite niet veranderen. Ondanks de willekeur kunnen er toch heel algemene uitspraken over deze systemen worden gedaan, die niet afhangen van de sterkte van de wanorde. In deze drie hoofdstukken wordt verder aandacht geschonken aan experimenten waarbij de absorptie van licht door de ketens wordt gemeten. In het bijzonder kijken we naar de verandering van het spectrum van het geabsorbeerde licht als het systeem al energie van een eerdere licht puls heeft opgenomen. In het laatste deel van dit proefschrift hebben we een zogenaamd fotonisch kristal gemodeleerd. Fotonische kristallen hebben door hun microscopische structuur een sterke wisselwerking met zichtbaar licht. De meeste fotonische kristallen hebben optische eigenschappen die niet veranderd kunnen worden als het kristal eenmaal gefabriceerd is. Bij bijzondere kristallen kan de doorlaatbaarheid van licht worden veranderd door invloed van buitenaf. Een dergelijk kristal kan als een optische schakelaar worden gebruikt, een belangrijk element in optische informatieverwerking. Het fotonische kristal dat we onderzocht hebben bestaat uit invallend licht dat interactie heeft met een rooster van Lorentz-oscillatoren. Een Lorentz-oscillator is de meest eenvoudige beschrijving van de interactie tussen licht en materie. Materie wordt voorgesteld door een massa met een positieve lading die met een veer aan een massa met een negatieve lading is bevestigd. Het massa-veer systeem wordt door het electromagnetische veld in beweging gebracht, waardoor een trillende dipool ontstaat. Dit systeem is een elegant model om de licht-materie interactie te beschrijven en te visualiseren. Wat dit model van een fotonisch kristal bijzonder maakt, is dat een spontane overgang plaatsvindt naar een nieuwe geordende toestand bij voldoende sterke wisselwerking tussen de dipolen en het licht. De dipolen zijn dan verplaatst van hun oorspronkelijke evenwichtspositie, zodat de symmetrie van het oorspronkelijke kristal is gebroken. Dat er een faseovergang plaats kan vinden, was al langer bekend, maar dit was nog niet eerder in de context van fotonische kristallen geplaatst. De optische eigenschappen veranderen als er een structuurverandering plaatsvindt. Een interessante mogelijkheid doet zich voor nabij de faseovergang. De dipolen zijn dan sterk te be¨invloeden door een extern electrisch veld. Met het externe veld kan de lichtdoorlaatbaarheid van het kristal worden beinvloed, zodat het als een optische schakelaar kan worden gebruikt.
Het zoeken naar een calcium-41 atoom is als het zoeken naar een speld die verborgen kan zijn in niet één hooiberg, maar wel duizend hooibergen. In zijn promotieonderzoek werkte Steven Hoekstra aan een methode waarmee die speld toch binnen afzienbare tijd opgespoord kan worden. Calcium-41, kortweg 41Ca, is een zogenaamd sporenelement. Het kunnen detecteren ervan kan om uiteenlopende redenen nuttig zijn, bijvoorbeeld in biomedisch onderzoek aan botontkalking. Maar het zou ook een manier kunnen zijn om oude botten te dateren, vergelijkbaar met de bekende koolstofdateringsmethode. De experimentele methode waaraan Hoekstra werkte heet Atom Trap Trace Analysis (ATTA) en is gebaseerd op de interactie tussen atomen en laserlicht. Met behulp van dit laserlicht worden de verschillende calciumisotopen gescheiden en uiteindelijk gevangen in een ‘magneto-optische val’. Die bestaat uit een combinatie van zes laserbundels met een magnetisch veld. In de val kunnen we de verschillende calciumisotopen met grote gevoeligheid detecteren. Zelfs is het gelukt het uiterst zwakke signaal van één enkel atoom te meten. De huidige stand van zaken is dat de opstelling voldoende gevoelig voor de genoemde biomedische toepassing. Hiervoor kunnen monsters worden gebruikt die verrijkt zijn met extra 41Ca. Uit berekeningen van Hoekstra blijkt dat door het gebruik van extra laser-vermogen de efficiëntie van de opstelling nog verhoogd kan worden. Dat zou de opstelling ook voor de andere genoemde toepassing, radiocalciumdatering, geschikt maken.
Om een kwantum apparaat te bouwen dat zijn hedendaagse, “klassieke” evenknie in het stof doet bijten (bijvoorbeeld onbreekbare versleuteling, of exponentieel snellere berekeningen), hebben we betere kwantumonderdelen nodig dan er nu bestaan. Deze dragers van kwantuminformatie (zogenaamde qubits) moeten goed opschaalbaar zijn naar grote systemen, integreerbaar zijn met huidige technologie, en ook nog eens betaalbaar. Wij verkennen een nieuw type qubit genaam kleurcentrum, wat van nature voorkomt op atomaire schaal in bepaalde halfgeleidende materialen. In ons materiaal onder studie, silicium carbide, bestaan honderden van dit soort centra die kunnen voldoen aan de eerder genoemde criteria, elk met zijn eigen voor- en nadelen voor toepassingen. Dit werk bevat twee hoofdlijnen. Ten eerste de ontwikkeling van experimentele technieken en analyse om kleurcentra in bulk te karakteriseren, gebruik makende van enkel licht, in een imperfect, onder spanning staand materiaal (wat de natuurlijke staat is voor zo’n materiaal, tenzij grote zorg wordt gedragen tijdens het groeien). Dit vergemakkelijkt de zoektocht naar het juiste kwantumsysteem voor de juiste taak. Ten tweede tonen we controlle over de kwantumtoestand van drie verschillende centra (twee typen zogeheten “divacancies”, met verschillende symmetrie, en molybdenum onzuiverheden), alleen gebruik makende van licht. Dit werk toont de sterke punten van deze defecten, en wijst de weg naar volledig optische kwantumtoepassingen ermee, verwerkt in een microchip.