Дослідники з Массачусетського технологічного інституту розробили резонатори, які посилюють взаємодію між фотонами та електронами на кілька порядків за допомогою випромінювання Сміта-Парселла. Технологія стане в нагоді для розвитку електронних мікроскопів і створення крихітних прискорювачів частинок (колайдерів) на чіпі.
Взаємодія між фотонами та електронами використовується в різних технологіях від лазерів до сонячних панелей до світлодіодів. Недолік традиційного підходу полягає в тому, що через різну довжину хвилі у цих частинок, взаємодія між фотоном і електроном дуже слабка.
Фізики придумали, як поліпшити цю взаємодію. Вони розробили спеціальний фотонний кристал, який являє собою пластину кремнію на ізоляторі, протравленої масивом отворів нанометрового розміру. Теоретичні розрахунки показують, що за допомогою спрямованого пучка електронів така пластина може генерувати в тисячу разів сильніше випромінювання Сміта-Парселла. Експерименти підтвердили збільшення світла більш ніж у 100 разів.
Принцип роботи пристрою передбачає передачу імпульсу від електрона групі фотонів або навпаки. У той час як звичайні взаємодії світла з електронами засновані на генерації світла під одним кутом, фотонний кристал налаштований таким чином, що дозволяє виробляти світло під цілим діапазоном кутів.
Схема експериментальної установки. Зображення: Yi Yang et al., Nature
В експериментах вчені продемонстрували стократне збільшення випромінювання, використовуючи перепрофільований електронний мікроскоп як джерело електронного променя. При цьому вони відзначають, що потенційно цей метод може забезпечити набагато більше поліпшення при використанні спеціалізованих пристроїв.
Той же процес можна використовувати і в зворотному напрямку: резонансні світлові хвилі можуть прискорювати рух електронів. Потенційно це може бути використано для створення мініатюрних прискорювачів частинок на чіпі. Це означає, що деякі експерименти, для яких зараз потрібні величезні підземні тунелі, як Великий адронний коллайдер, можна буде проводити у звичайній лабораторії.