Пошук нових способів уповільнити або навіть зупинити світло може привести до більш досконалих фотонних пристроїв, таких як лазери, світлодіодні дисплеї, волоконно-оптичні пристрої та датчики.
У хитрій пастці, виготовленій із кремнієвого кристала, налаштованого так, щоб він поводився так, ніби він деформований, вчені знайшли новий гнучкий спосіб змусити світлові хвилі стояти абсолютно нерухомо.
Світло можна зупинити декількома різними способами, наприклад, охолоджуючи хмари атомів або навіть об’єднуючи світлові хвилі. Цей новий метод від AMOLF і Делфтського технологічного університету в Нідерландах має переваги, які можуть втілити нові технологічні програми в реальність.
«Цей принцип пропонує новий підхід до уповільнення світлових полів і, таким чином, підвищення їх сили», — каже фізик Еволд Верхаген з AMOLF . «Реалізація цього на чіпі особливо важлива для багатьох програм».
Робота команди базувалася на маніпулюванні електронами за допомогою двовимірних матеріалів, таких як графен . У провідному матеріалі електрони можуть вільно рухатися, наближаючись, як крихітна магістраль. Однак застосування магнітного поля може обмежити рух електронів певними енергіями, відомими як рівні Ландау .
Не тільки магніти штовхають електрони на рівні Ландау. Двовимірний графен, що складається з одного шару атомів, теж може це зробити. Зазвичай графен є провідним; але якщо ви деформуєте графен, наприклад, розтягуючи його, ви можете обмежити електрони рівнями Ландау, перетворюючи зазвичай провідний матеріал на ізолятор.
Читайте також: Китайські дослідники сповільнили світло в 10 000 разів
Разом з Рене Барчиком з AMOLF і Кобусом Кейперсом з Делфтського університету Верхаген намагався з’ясувати, чи зможуть вони знайти матеріал, який мав би такий самий вплив на фотони, як викривлений графен на електрони.
Тепер світлом можна керувати за допомогою матеріалу, схожого на графен, який називається фотонним кристалом. І дослідники виявили, що вони можуть зупиняти світлові хвилі подібним чином.
«Фотонні кристали зазвичай складаються з правильного – двовимірного – малюнка дірок у шарі кремнію. Світло може вільно рухатися в цьому матеріалі, як електрони в графені», – пояснює Барчик.
«Порушення цієї закономірності в правильний спосіб призведе до деформації масиву і, як наслідок, блокування фотонів. Ось як ми створюємо рівні Ландау для фотонів».
Стільникові фотонні кристали команди змогли обмежити світло рівнями Ландау за допомогою процесу, який представляв різні види деформації, такі як викривлення або викривлення. І вони навіть змогли викликати різні типи викривлення в різних місцях того самого матеріалу, в результаті чого виник фотонний кристал, у якому світло може вільно проходити в одних частинах, але стає обмеженим в інших.
Відкриття потребує подальшого розвитку, але воно наближає вчених до тонкого керування світлом у дуже малих масштабах.
«Якщо ми зможемо таким чином обмежити світло на нанорозмірі та зупинити його, його потужність значно підвищиться. І не лише в одному місці, а й по всій поверхні кристала. Така концентрація світла дуже важлива в нанофотонних пристроях, для прикладу, для розробки ефективних лазерів або квантових джерел світла».
Дослідження команди було опубліковано в Nature Photonics.