Фотоны — когда они не в вакууме — путешествуют не с фазовой скоростью, с которой движется фронт индивидуальной волны, а с групповой, определяющей скорость движения пакета световых волн. Если вы хотите «задержать» свет, нужно лишь довести групповую скорость до нуля.
…Только сказать это несколько проще, чем сделать: да, фотонные кристаллы, сочетающие повторяющиеся области с высоким и низким коэффициентом преломления, могут снизить групповую скорость волн. Но на практике любой такой кристалл содержит неизбежные включения, нарушающие его структуру, и это не позволяет довести групповую скорость до нуля.
Проблему, конечно, можно обойти: пара лазеров, светящих на материал одновременно, подавляет электронный переход, вызываемый светом определённой частоты, делая материал прозрачным к таким волнам. Если один из лазеров внезапно отключить, создавая условия, при которых такая искусственная прозрачность разрушается, свет можно поймать в материале и «хранить» там вплоть до минут, пользуясь спиновыми возбуждениями электронов материала. Однако получается это только тогда, когда спиновые возбуждения электронов когерентны. А когерентность эта разрушается, как только температура становится на несколько градусов выше абсолютного нуля. Не очень практично, верно?
Ортуин Гесс (Ortwin Hess) вместе с коллегами по Имперскому колледжу Лондона (Великобритания) придумал схему попроще. Учёные предлагают взять кусок кремния толщиной в 290 нм и покрыть его 500-нанометровым слоем оксида индия-олова. Эта комбинация сможет поддерживать такие оптические состояния, когда частоты волн света являются комплексными числами. Более того, один из таких оптических режимов будет иметь групповую скорость, точно равную нулю.
Кусок чистого кремния окружён двумя слоями оксида индий-олова; входящий свет показан белым. Вместо того чтобы немедленно проследовать по волноводу, возбуждаемые в нём импульсы замирают на месте без рассеивания. (Иллюстрация O Hess et al.)
Но как в такое оптическое состояние попасть, когда мы не можем послать свет по вышеописанному волноводу с нулевой групповой скоростью? И технологий нет, и с нулевой скоростью свет вообще никуда войти не может, так как не сдвинется с места…
Авторы работы считают решением то, что режим с нулевой групповой скоростью допускает утечки: свет в «слоёном» кремниевом волноводе может улизнуть из него через слои оксида индия-олова как нераспространяющаяся волна, точнее, та её разновидность, что называется исчезающей волной.
«Вы ведь можете дать свету утечь наружу? Так вот, этот трюк справедлив и для излучения света внутрь волновода», — объясняет задумку г-н Гесс. Итак, излучение в ближнем инфракрасном диапазоне, направленное на волновод под особым углом, должно вызвать в слоях оксида индий-олова исчезающую волну, которая, в свою очередь, инициирует желаемый режим с нулевой групповой скоростью порождённых ею световых волн. Из-за того что просчитанный исследователями волновой пакет в кремниевой части волновода почти не испытывает дисперсии, не только произойдёт его застывание без движения вперёд, но и волны другой длины не будут распространяться вовне. То есть по волноводу пойдёт свет только нужных параметров, что, по идее, повышает его пропускную способность.
Учёные утверждают, что в такой схеме несовершенства материалов не столь критичны, а температура может быть комнатной, поэтому их коллеги из Калифорнии (США) уже собираются воплотить разработку в жизнь.
Зачем нужен неподвижный свет? Ортуин Гесс полагает, что на его основе можно создать «лазер остановленного света», в котором стационарный импульс можно искусственно усилить без необходимости в зеркалах и оптическом резонаторе. Кроме того, длительное удерживание света в одной точке должно резко повысить вероятность взаимодействия фотонов с атомами, что пригодится как в оптической электронике (и даже оптической памяти квантовых компьютеров), так и в высокоэффективных солнечных батареях. И даже при создании снимков крупных биологических молекул.
Отчёт об исследовании принят к публикации в журнале Physical Review Letters.
По материалам Physicsworld.Com.
Источник: compulenta.computerra.ru
