Дослідники з Університету Гуансі та Китайської академії наук розробили новий метод сповільнення світла, який може мати значний вплив на сфери обчислень та оптичної комунікації.
Хоча раніше вже було відомо, що за певних умов світло можна уповільнити, новий метод обіцяє стати одним з найбільш практичних та ефективних.
У вакуумі світло рухається з постійною швидкістю – 299 792 кілометри на секунду. Однак, коли на його шляху виникають електромагнітні поля (наприклад, навколо звичайної матерії), ця швидкість починає знижуватися.
Більшість прозорих матеріалів трохи сповільнюють світло. Саме ці зміни швидкості призводять до заломлення світла під час переходу з одного середовища в інше. Але для значного уповільнення потрібні спеціальні матеріали, такі як фотонні кристали або надзвичайно охолоджені квантові гази.
“Ми вважаємо, що наша робота відкриває абсолютно новий напрямок для реалізації надзвичайно сильних взаємодій світла та матерії в нанофотонних чіпах,” – пишуть дослідники у своїй статті.
Новий метод базується на технології електромагнітно індукованої прозорості (EIT), яка використовує лазерну маніпуляцію електронами в спеціальному газі, перетворюючи його з непрозорого на прозорий.
Це дозволяє лазерному світлу проходити крізь нього, але водночас і сповільнює його. Такий підхід цікавий для фізиків, але він також призводить до значних втрат світла та енергії.
Щоб зменшити втрати та підвищити ефективність системи, дослідники адаптували принципи EIT до створення нового матеріалу для уповільнення світла. Це своєрідна метаповерхня – штучна двовимірна структура з властивостями, яких немає в природі.
Метаповерхні, розроблені командою, були виготовлені з дуже тонких шарів кремнію (аналогічного матеріалу мікрочіпів) і показали значно кращі результати, ніж існуючі варіанти, щодо утримання та вивільнення енергії (в даному випадку зі світла).
За результатами дослідження, світло можна сповільнити в цій системі більш ніж у 10 000 разів. Водночас його втрати зменшуються більш ніж у п’ять раз порівняно з іншими методами.
Ключовим для нового підходу є розташування найменших будівельних блоків метаповерхні – мета-атомів. У цьому випадку вони розташовані настільки близько, що фактично зливаються воєдино, що впливає на взаємодію зі світлом.
Результатом усієї цієї складної наукової роботи є кращий контроль над тим, як рухається світло. Оскільки воно відіграє ключову роль у всьому – від широкосмугового інтернету до квантових обчислень, – потенційних застосувань безліч.
Це не єдиний спосіб, який науковці знайшли для подальшого уповільнення світла, окрім природного уповільнення, що відбувається в речовинах, таких як вода. Але його ефективність і масштабованість роблять його багатообіцяючим варіантом для подальшого дослідження.
Дослідження опубліковано в журналі Nano Letters.