Уперше дослідникам вдалося сповільнити світло більш ніж у 10 000 разів, використовуючи явище, відоме як “електромагнітно-індукована прозорість”. Цей прорив може допомогти інженерам розробити нові оптичні системи зв’язку та вдосконалити деякі мікропроцесорні технології.
Швидкість світла вже давно вважається універсальною константою у вакуумі. Проте в різних середовищах можна навмисно сповільнювати світло за допомогою різних методів, зокрема, використовуючи явище електромагнітно-індукованої прозорості (EIT). Групі фахівців з Гарвардського університету вдалося значно знизити швидкість світла до 17 м/с (замість 299 792 458 м/с!) в ультрахолодному атомарному газі. Це досягнення викликало інтерес до застосування принципів TIE до метаповерхонь, які розглядаються як потенційно революційні в галузі оптики та фотоніки.
Нещодавно дослідники з Університету Гуансі, Китайської академії наук і Шеньчженського інституту передових технологій зробили значний прорив у маніпулюванні цією швидкістю. Їхнє дослідження, опубліковане в журналі Nano Letters, показує, як за допомогою таких метаповерхонь можна сповільнити світло більш ніж у 10 000 разів, значно обмеживши при цьому втрати. Цей прорив заснований на інноваційному підході до електромагнітно-індукованої прозорості. Він передбачає значні поліпшення для фотонних чипів, які необхідні в галузі виявлення світла, телекомунікацій і обчислень.
Розробка технології
EIT – це складний метод зміни способу взаємодії світла з речовиною. Спеціально налаштовуючи електронні стани атомів усередині газу, ув’язненого в порожньому просторі, він дає змогу світлу проходити через речовини, які у звичайних умовах блокують його (через непрозорість). Таке тонке налаштування оптичних властивостей газу призводить до штучної прозорості, дозволяючи світлу (наприклад, лазерному променю) проходити крізь нього.
Однак під час цього процесу швидкість світла сильно зменшується. Це зниження швидкості є прямим результатом контрольованої взаємодії між світлом і атомами газу, ілюструючи точне маніпулювання останніми, що відкриває захопливі перспективи для досліджень і технологічних застосувань.
- Яким повинен бути ноутбук? Топові моделі
- Чотирилапий робот встановив світовий рекорд у бігу на 100 метрів (відео)
- Найбільша в світі сонячна електростанція
Проте застосування TIE пов’язане з проблемами, зокрема, з втратою світла та енергії, що обмежує його практичну ефективність. Щоб подолати ці обмеження, дослідники застосували інноваційний підхід, розробивши метаповерхні, що складаються з тонких шарів кремнію, який вже використовується при виробництві мікропроцесорів.
Інноваційність цього методу полягає в розташуванні фундаментальних елементів метаповерхні, відомих як мета-атоми. Вони розташовані таким чином, що майже стикаються, аж до злиття один з одним. Така близькість істотно змінює спосіб обробки світла під час проходження через метаповерхню, впливаючи на його взаємодію з матеріалом. Особливе розташування цих структур мінімізує втрати енергії, сповільнюючи світло до безпрецедентного рівня – в 10 000 разів.
Потенційні сфери застосування
Використання метаповерхонь для точного управління світловим потоком відкриває багатообіцяючі горизонти в низці передових технологічних галузей. Зокрема, широкосмуговий інтернет і квантові обчислення, що ґрунтуються на швидкій і надійній передачі великих обсягів інформації, мають безпосередньо виграти від нової можливості маніпулювати світлом із безпрецедентною точністю. Оптимізоване управління потоком світла зменшує перешкоди і збільшує щільність переданої інформації, тим самим підвищуючи швидкість і надійність глобальних комунікаційних мереж.
Крім того, підвищення ефективності та зниження втрат світла, що досягається за допомогою нових методів, безпосередньо вплине на розробку і продуктивність фотонних чипів. Ці компоненти, необхідні для систем виявлення світла, оптичних комунікацій і фотонних обчислень, підвищать енергоефективність і обчислювальну потужність. Зниження втрат енергії у вигляді тепла дасть змогу підвищити довговічність і продуктивність пристроїв, а також прокласти шлях до створення більш компактних і менш дорогих додатків.