Учени забавиха светлината повече от 10 000 пъти в експеримент

Учените вече са установили, че светлината може да бъде забавена в определени ситуации, а ново проучване демонстрира метод за постигане на това, който обещава да бъде един от най-полезните подходи досега.

Изследователите от Университета в Гуанси в Китай и Националната академия на науките в Китай, които стоят зад този пробив твърдят, че техният метод може да бъде от полза за компютрите и оптичната комуникация.

Светлината, която преминава през празнотата на пространството се движи с една-единствена скорост – 299 792 километра в секунда. Но ако на пътя ѝ се изпречи безпорядък от електромагнитни полета, като тези, които заобикалят обикновената материя тази необикновена скорост започва да се забавя.

Повечето прозрачни материали забавят светлината с малка част. Промените в скоростта са тези, които предизвикват огъване на светлината при преминаването ѝ от една среда в друга. Но истинското ѝ забавяне изисква специални материали като фотонни кристали или дори свръхохладени квантови газове.

„Предвиждаме, че нашата работа дава изцяло нова насока за реализиране на свръхсилни взаимодействия между светлината и материята в нанофотонни чипове..“

пишат изследователите в документа си

Новият метод се основава на т.нар. електромагнитно индуцирана прозрачност (EIT), при която се използва лазерна хитрост за манипулиране на електроните в газ, съхраняван във вакуум, като по същество той се превръща от непрозрачен в прозрачен.

Това означава, че лазерната светлина може да премине през него, но поради начина, по който е манипулирана тя се забавя. Това я прави много интересна за физиците, но този подход означава също, че голяма част от светлината и енергията се губят по пътя.

За да намалят тези загуби и да подобрят ефективността на цялата система, изследователите са използвали някои от принципите на EIT при контрола на светлината. Те на практика са създали нов материал за забавяне на светлината. Материалът е вид метаповърхност – синтетична 2D-структура със свойства, които не приличат на никоя друга в природата.

Проектираните от екипа метаповърхности са изработени от много тънки слоеве силиций, като днешните компютърни чипове и е доказано, че са много по-добри от съществуващите варианти по отношение на начина, по който задържат и освобождават енергия (в този случай от светлината).

Въз основа на резултатите, получени от изследователите, светлината може да бъде забавена повече от 10 000 пъти в тази система.

В същото време загубата на светлина е намалена с повече от 5 пъти в сравнение с други сравними методи.

Ключов за новия подход е начинът, по който са разположени най-малките градивни елементи на метаповърхността, известни като метаатоми. В този случай те са достатъчно близо, за да се слеят. Това от своя страна влияе на начина, по който се обработва светлината при преминаването ѝ през тях.

Крайният резултат от цялата тази сложна наука е по-добър контрол върху начина, по който се движи светлината. Тъй като светлината играе такава ключова роля във всичко – от широколентовия интернет до квантовите изчисления, има множество потенциални приложения.

Това не е единственият начин, който учените са открили за допълнително забавяне на светлината. Нека не забравяме естественото забавяне, което се случва във вещества като водата.

Изследването е публикувано в Nano Letters.