Раніше вчені вже встановили, що світло можна сповільнити за певних сценаріїв, а нове дослідження демонструє метод досягнення цього, який обіцяє стати одним з найкорисніших підходів на сьогоднішній день.
Дослідники з Університету Гуансі та Китайської академії наук у Китаї кажуть, що їхній метод може принести користь обчислювальній техніці та оптичному зв’язку.
Світло, що пролітає крізь порожнечу космосу, рухається з однією і тільки однією швидкістю – 299 792 кілометри (близько 186 000 миль) на секунду. Але якщо на його шляху з’являється безліч електромагнітних полів, подібних до тих, що оточують звичайну матерію, ця надзвичайна швидкість починає сповільнюватися.
Більшість прозорих матеріалів сповільнюють світло на крихітну частку. Саме зміна швидкості змушує світло викривлятися при переході з одного середовища в інше. Але для справжнього гальмування потрібні спеціальні матеріали, такі як фотонні кристали або навіть переохолоджені квантові гази.
“Ми вважаємо, що наша робота відкриває абсолютно новий напрямок для реалізації надсильної взаємодії світла з матерією в нанофотонних чіпах”, – пишуть дослідники в своїй опублікованій статті.
Новий метод ґрунтується на так званій електромагнітно індукованій прозорості (EIT), яка використовує хитрі лазерні маніпуляції для маніпулювання електронами всередині газу, що зберігається у вакуумі – по суті, перетворюючи його з непрозорого на прозорий.
Це означає, що лазерне світло може проходити крізь нього, але через те, як ним маніпулювали, воно також сповільнюється. Це робить його дуже цікавим для фізиків, але такий підхід також означає, що багато світла та енергії втрачається на цьому шляху.
Щоб зменшити ці втрати і підвищити ефективність всієї системи, дослідники взяли деякі принципи EIT в управлінні світлом і розробили новий матеріал для уповільнення світла. Матеріал являє собою своєрідну метаповерхню – синтетичну двомірну структуру з властивостями, що не мають аналогів у природі.
Метаповерхні, розроблені командою, були виготовлені з дуже тонких шарів кремнію – як сучасні комп’ютерні чіпи – і виявилися набагато кращими за існуючі варіанти в тому, як вони утримують і вивільняють енергію (в даному випадку, від світла).
Згідно з результатами, отриманими дослідниками, світло в цій системі можна сповільнити більш ніж у 10 000 разів. При цьому втрати світла зменшуються більш ніж у п’ять разів порівняно з іншими аналогічними методами.
Ключовим моментом нового підходу є спосіб розташування найдрібніших будівельних блоків метаповерхні – відомих як метаатоми. У цьому випадку вони знаходяться досить близько, щоб зливатися разом, що, в свою чергу, впливає на те, як світло обробляється при проходженні крізь них.
Кінцевим результатом всієї цієї складної науки є кращий контроль над тим, як світло подорожує. Оскільки світло відіграє ключову роль у всьому, від широкосмугового інтернету до квантових обчислень, існує безліч потенційних застосувань.
Це не єдиний спосіб, який вчені знайшли для подальшого уповільнення світла, окрім природного уповільнення, що відбувається у таких речовинах, як вода, але його ефективність і масштабованість роблять його перспективним варіантом для подальших досліджень.
“Завдяки цим результатам наше дослідження відкриває новий шлях для адаптації світлового потоку в метаповерхнях”, – пишуть дослідники.
