Ученые замедлили свет в 10 000 раз в эксперименте
Ученые ранее установили, что свет можно замедлить в определенных сценариях, и новое исследование демонстрирует метод достижения этого, который обещает стать одним из самых полезных подходов.
Исследователи, стоящие за прорыв, из Университета Гуанси и Китайской академии наук в Китае, говорят, что их метод может принести пользу вычислениям и оптической связи.
Свет, проносящийся сквозь пустоту космоса, движется с одной скоростью и только с одной скоростью — 299 792 километра. (около 186 000 миль) в секунду. Однако если вы набросите на его путь кучу электромагнитных полей, например тех, которые окружают обычную материю, эта необычайная скорость начнет замедляться.
Большинство прозрачных материалов замедляют свет лишь на небольшую долю. Именно изменения скорости заставляют свет искривляться при переходе из одной среды в другую. Но чтобы действительно затормозить, нужны специальные материалы, такие как фотонные кристаллы или даже сверхохлажденные квантовые газы.
«Мы полагаем, что наша работа открывает совершенно новое направление для реализации сверхсильных взаимодействий света и материи в нанофотонных чипах». пишут исследователи в своей опубликованной статье.
Новый метод основан на так называемой электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИТ), которая использует хитрую лазерную хитрость для манипулирования электронами внутри газа, хранящегося в вакууме – по сути, превращая его из непрозрачного в прозрачный.
Это означает, что лазерный свет может проходить сквозь него, но из-за того, как им манипулируют, он также замедляется. Это делает его очень интересным для физиков, но этот подход также означает, что много света и энергии теряется на этом пути.
Чтобы уменьшить эти потери и повысить эффективность всей системы, исследователи взяли некоторые из принципы EIT в управлении светом и разработал новый материал для замедления света. Материал представляет собой своего рода метаповерхность — синтетическую двумерную структуру со свойствами, не похожими ни на одну из природных.
Метаповерхности, разработанные командой, были сделаны из очень тонких слоев кремния — как современные вычислительные чипы — и были показаны быть намного лучше существующих вариантов по способу удержания и высвобождения энергии (в данном случае от света).
Исходя из результатов, полученных исследователями, свет можно замедлять более чем в 10 000 раз. в этой системе. В то же время потери света сокращаются более чем в пять раз по сравнению с другими сопоставимыми методами.
Ключом к новому подходу является то, что мельчайшие строительные блоки метаповерхности, известные как метаатомы, — расположены. В данном случае они, по сути, достаточно близки, чтобы сливаться вместе, что, в свою очередь, влияет на то, как обрабатывается свет при его прохождении.
Конечным результатом всей этой сложной науки является лучший контроль над тем, как легкие путешествия. Поскольку свет играет ключевую роль во всем, от широкополосного Интернета до квантовых вычислений, существует множество потенциальных применений.
Это не единственный найденный учеными способ еще больше замедлить свет, помимо естественного замедления, которое происходит происходит в таких веществах, как вода, но его эффективность и масштабируемость делают его многообещающим вариантом для дальнейшего изучения.
«Благодаря этим результатам наше исследование открывает новый путь для настройки светового потока в метаповерхностях», — пишут исследователи. .
Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.
