Физики научились управлять светом с помощью света

«Управление светом с помощью света — очень сложная задача, поскольку свет обычно очень слабо взаимодействует с материей. Используя оптические метаповерхности (сверхтонкие, тщательно спроектированные наноструктурированные листы), мы можем увеличить силу взаимодействия, что делает это возможным с гораздо большей эффективностью», — говорит Гарри Этуотер, профессор прикладной физики и материаловедения.

Ученые создали специальную метаповерхность из аморфного кремния — тонкую пленку, покрытую упорядоченными наноразмерными столбиками. Размер и расстояние между этими столбиками подобрали так, чтобы свет «задерживался» внутри структуры и рециркулировал, значительно усиливая слабый оптический эффект Керра.

Эффект Керра заключается в том, что интенсивный свет на очень короткое время меняет показатель преломления материала — величину, которая показывает, насколько сильно свет замедляется и преломляется при прохождении через среду. В обычных условиях это изменение слишком мало для практического применения. Но благодаря метаповерхности эффект усиливается в разы.

В эксперименте исследователи смогли отклонить световой луч на угол до 13 градусов всего за 74 фемтосекунды. 74 фемтосекунды — это одна квадриллионная доля секунды. Для понимания: за это время свет пролетает расстояние примерно в 0,022 миллиметра — толщину тонкого листа бумаги или диаметр нескольких человеческих кровяных клеток.

При этом скорость модуляции ограничена не свойствами самого материала, а длительностью лазерного импульса накачки.

По словам авторов, эта технология открывает путь к полностью оптическим системам, которые будут работать значительно быстрее традиционной электроники. В будущем такие устройства могут стать основой для новых типов процессоров, сверхбыстрых сетей связи и высокочувствительных датчиков.

Пока работа находится на стадии фундаментального исследования, но она демонстрирует, как умелое сочетание нанотехнологий и физики света помогает преодолевать ключевые ограничения современной электроники.

В России создали прорывной источник квантового «сжатого» света

Физики сумели получить связанные фотоны из солнечного света

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX