Остановка световых волн в кристалле обещает новые способы контроля фотонов: ScienceAlert

Поиск новых способов замедлить прохождение световых волн или даже остановить их движение может привести к созданию более совершенных оптических устройств, таких как лазеры, светодиодные дисплеи, оптоволокно и датчики.

В хитроумной ловушке из кристалла кремния, модифицированной так, чтобы вести себя так, как будто он деформирован, ученые нашли новый гибкий способ заставить световые волны стоять совершенно неподвижно.

Свет можно остановить разными способами, например, охлаждая облака атомов или даже сплетая световые волны вместе. Этот новый метод, разработанный AMOLF и Делфтским технологическим университетом в Нидерландах, имеет преимущества, которые могут воплотить в реальность новые технологические применения.

«Этот принцип предлагает новый способ замедления световых полей и, таким образом, повышения их силы». Говорит физик Эвальд Верхаген к Амольф. «Достижение этой цели особенно важно для многих приложений».

Работа команды основывалась на манипулировании электронами с помощью двумерных материалов, таких как графен. В проводящем материале электроны могут двигаться свободно, быстро, как небольшое шоссе. Однако приложение магнитного поля может ограничить движение электронов при определенных энергиях, известных как Уровни Ландау.

Не только магниты толкают электроны на уровни Ландау. 2D-графен, состоящий из одного слоя атомов, тоже может это сделать. Обычно графен является проводящим; Но если вы искажаете или деформируете графен, скажем, растягивая его, вы можете захватить электроны на уровнях Ландау, превратив обычно проводящий материал в изолятор.

Вместе с Рене Барчиком из AMOLF и Кобусом Койперсом из Делфтского университета Верхаген стремился выяснить, смогут ли они найти материал, который оказывает на фотоны такое же воздействие, как искажающее воздействие графена на электроны.

Теперь светом можно управлять с помощью материала, похожего на графен, называемого фотонным кристаллом. Исследователи обнаружили, что они могут остановить световые волны аналогичным способом.

«Фотонный кристалл обычно состоит из регулярного — двумерного — набора отверстий в слое кремния. Свет может свободно перемещаться в этом материале, точно так же, как электроны в графене». Барчик объясняет.

«Правильное нарушение этой закономерности исказит матрицу и, таким образом, заблокирует фотоны. Именно так мы создаем уровни Ландау для фотонов».

Фотонные кристаллы в форме сот смогли ограничить свет уровнями Ландау, используя процесс, учитывающий различные типы искажений, такие как изгиб или скручивание. Им также удалось вызвать различные типы скручивания в разных местах одного и того же материала, создав фотонный кристалл, в котором свет может свободно течь в одних частях, но задерживаться в других.

Это открытие требует дальнейшего развития, но оно приближает ученых на шаг к точному управлению светом в очень малых масштабах.

«Это сближает встроенные приложения». Верхаген говорит.

«Если бы мы могли ограничить свет наномасштабом и таким образом остановить его, его мощность была бы значительно увеличена, и не только в одном месте, но и по всей поверхности кристалла. Такая концентрация света очень важна в нанофотонных устройствах. это пример разработки эффективных лазеров или источников энергии».

Исследование группы опубликовано в журнале Природная фотоника.