Квантовий прорив. Фізики змогли зупинити рух світла в кристалі: чому це важливо

Фізикам вдалося, здавалося б, неможливе: вони зупинили рух світла за допомогою фотонного кристала, структура якого впливає на проходження через нього хвиль світла. Новий спосіб уповільнення руху хвиль світла і навіть їх зупинки може сприяти створенню більш досконалих фотонних пристроїв, таких як лазери, LED-монітори, оптоволокно і датчики. Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Photonics, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

За допомогою правильно деформованого кристала кремнію фізики змусили хвилі світла зупинитися в нерухомому стані. Світло можна зупинити кількома способами. Наприклад, можна охолодити хмари атомом або ж сплести разом хвилі світла. Але автори нового дослідження запропонували новий спосіб уповільнення і зупинки світла, що призводить до збільшення сили світлових полів. Цей прорив може призвести до вдосконалення різних фотонних технологій.

Відомо, що керувати рухом електронів можна за допомогою двомірних матеріалів, наприклад, графена. У такому електропровідному матеріалі електрони можуть вільно переміщатися. Але якщо застосувати магнітне поле, то рух електронів сповільниться, і вони починають мати енергію, відому як рівень Ландау.

Але не тільки магнітне поле зможе цьому сприяти, те ж саме можна досягти при використанні графена. Якщо його деформувати, то можна утримати електрони на рівні Ландау і при цьому матеріал із провідника перетворюється на ізолятор.

Фізики вирішили з'ясувати, чи можуть вони знайти інший матеріал, який чинить на електрони такий самий вплив, як і деформований графен. У результаті вчені з'ясували, що світлом можна керувати за допомогою схожого на графен матеріалу під назвою фотонний кристал, створеного з кремнію. Виявилося, що фотонні кристали можуть не тільки сповільнювати хвилі світла, а й зупиняти їх.

За словами фізиків, фотонний кристал складається з двовимірного набору отворів у шарі кремнію. Світло може вільно переміщатися в цьому матеріалі, точно так само, як це роблять електрони в графені. Якщо правильно деформувати фотонний кристал, то фотони, або частинки світла, фіксуються на місці.

Також вченим вдалося створити різні типи деформації в різних місцях одного і того ж матеріалу. У результаті з'явився фотонний кристал, у якому світло може вільно переміщатися в одних частинах, але зупинятися в інших.

За словами фізиків, нове відкриття потребує подальшого дослідження, але воно наближає до точного управління світлом у дуже малих масштабах. Якщо вийде сповільнити або зупинити світло на нанорівні, то його сила значно зросте. І це станеться не тільки в одному місці, а й по всій поверхні кристала. Така сила світла має найважливіше значення для нанофотонних пристроїв, наприклад, для створення нових лазерів або квантових джерел світла.

Як уже писав Фокус, фізики створили функціональну клітину мозку на основі суміші солі та води. Дослідники вперше створили синтетичні синапси за допомогою тих самих інгредієнтів, які використовує мозок людини.

Також Фокус писав про те, що фізики з'ясували, як об'єднати квантову механіку і теорію відносності Ейнштейна, які не працюють разом. Для цього потрібно внести зміни в парадокс Шредінгера.