Квантовый прорыв. Физики смогли остановить движение света в кристалле: почему это важно

Фото: ScienceAlert

Физикам удалось, казалось бы, невозможное: они остановили движение света с помощью фотонного кристалла, структура которого влияет на прохождение через него волн света. Новый способ замедления движения волн света и даже их остановки может способствовать созданию более совершенных фотонных устройств, таких как лазеры, LED-мониторы, оптоволокно и датчики. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Photonics, пишет ScienceAlert.

С помощью правильно деформированного кристалла кремния физики заставили волны света остановиться в неподвижном состоянии. Свет можно остановить несколькими способами. Например, можно охладить облака атомом или же сплести вместе волны света. Но авторы нового исследования предложили новый способ замедления и остановки света, что приводит к увеличению силы световых полей. Этот прорыв может привести к усовершенствованию разных фотонных технологий.

Известно, что управлять движением электронов можно с помощью двухмерных материалов, например, графена. В таком электропроводящем материале электроны могут свободно перемещаться. Но если применить магнитное поле, то движение электронов замедлится, и они начинают иметь энергию, известную ка уровень Ландау.

Но не только магнитное поле сможет этому способствовать, то же самое можно достичь при использовании графена. Если его деформировать, то можно удержать электроны на уровне Ландау и при этом материал из проводника превращается в изолятор.

Физики решили выяснить, могут ли они найти другой материал, который оказывает на электроны такое же воздействие, как и деформированный графен. В результате ученые выяснили, что светом можно управлять с помощью похожего на графен материала под названием фотонный кристалл, созданного из кремния. Оказалось, что фотонные кристаллы могут не только замедлять волны света, но и останавливать их.

По словам физиков, фотонный кристалл состоит из двумерного набора отверстий в слое кремния. Свет может свободно перемещаться в этом материале, точно так же, как это делают электроны в графене. Если правильно деформировать фотонный кристалл, то фотоны или частицы света, фиксируются на месте.

Также ученым удалось создать разные типы деформации в разных местах одного и того же материала. В результате появился фотонный кристалл, в котором свет может свободно перемещаться в одних частях, но останавливаться в других.

По словам физиков, новое открытие требует дальнейшего исследования, но оно приближает к точному управлению светом в очень малых масштабах. Если получится замедлить или остановить свет на наноуровне, то его сила значительно вырастет. И это произойдет не только в одном месте, но и по всей поверхности кристалла. Такая сила света имеет важнейшее значение для нанофотонных устройств, например, для создания новых лазеров или квантовых источников света.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform