Остановка световых волн в кристалле обещает новые способы управления фотонами
Поиск новых способов замедлить мимолетные волны света или даже остановить их на пути может привести к созданию более совершенных фотонных устройств, таких как лазеры, светодиодные дисплеи, оптоволокно и датчики.
В хитрая ловушка, сделанная из кристалла кремния, настроенная так, чтобы вести себя так, как будто он деформируется, ученые нашли новый гибкий способ заставить световые волны стоять абсолютно неподвижно.
Свет можно остановить несколькими разными способами, например, путем охлаждения облаков атомов или даже сплетения световых волн вместе. Этот новый метод, разработанный AMOLF и Делфтским технологическим университетом в Нидерландах, имеет преимущества, которые могут воплотить в реальность новые технологические применения.
«Этот принцип предлагает новый подход к замедлению световых полей и тем самым повышению их силы. », — говорит физик Эвольд Верхаген из AMOLF. «Реализация этого на чипе особенно важна для многих приложений».
Работа команды была основана на манипулировании электронами с использованием двумерных материалов, таких как графен. В проводящем материале электроны могут свободно перемещаться, двигаясь, как крошечное шоссе. Однако применение магнитного поля может ограничить движение электронов до определенных энергий, известных как уровни Ландау.
Не только магниты толкают электроны на уровни Ландау. Двумерный графен, состоящий из одного слоя атомов, тоже может это сделать. Обычно графен является проводящим; но если вы деформируете или искажаете графен, например, растягивая его, вы можете удержать электроны на уровнях Ландау, превратив нормально проводящий материал в изолятор.
Совместно с Рене Барчиком из AMOLF и Кобусом Койперсом из Делфтский университет в Верхагене стремился выяснить, смогут ли они найти материал, который оказывает на фотоны такое же воздействие, как и искривленный графен на электроны.
Теперь светом можно манипулировать с помощью материала, аналогичного графену. , называемый фотонным кристаллом. И исследователи обнаружили, что они могут блокировать световые волны аналогичным образом.
«Фотонный кристалл обычно состоит из регулярного – двумерного – набора отверстий в слое кремния. Свет может свободно перемещаться в этом материале. , точно так же, как электроны в графене», — объясняет Барчик.
«Нарушение этой закономерности правильным образом деформирует массив и, следовательно, заблокирует фотоны. Именно так мы создаем уровни Ландау для фотонов».
p>
Сотовые фотонные кристаллы команды смогли ограничить свет уровнями Ландау, используя процесс, который представлял собой различные виды деформации, такие как искривление или деформация. И им даже удалось вызвать разные типы деформации в разных местах одного и того же материала, в результате чего появился фотонный кристалл, в котором свет может свободно течь в одних частях, но задерживается в других.
Это открытие требует дальнейшее развитие, но оно приближает ученых на шаг ближе к точному управлению светом в очень малых масштабах.
«Это приближает встроенные приложения», — говорит Верхаген.
» Если мы сможем ограничить свет на наноуровне и остановить его, его сила будет значительно увеличена, и не только в одном месте, но и по всей поверхности кристалла. Такая концентрация света очень важна, например, в нанофотонных устройствах. для разработки эффективных лазеров или квантовых источников света».
Исследование группы опубликовано в журнале Nature Photonics.
