Физики из Варшавского университета смогли удержать пучки инфракрасного света в нанорешетке из атомов толщиной всего 42 нанометра — это примерно в 2000 раз тоньше человеческого волоса. Результаты опубликованы в журнале ACS Nano.
Материал с рекордным показателем преломления
Инфракрасный свет имеет более длинные волны, чем видимый, — и именно поэтому удержать его в микроскопическом пространстве физически непросто. Размер ловушки должен быть меньше длины волны, а это предъявляет жесткие требования к материалу.
Ключом стала пленка из диселенида молибдена (MoSe2). Этот сверхтонки полупроводник имеет исключительно высокий показатель преломления (около 4,5), то есть способность замедлять и изгибать свет. Именно эта особенность позволяет удерживать фотоны в объеме, значительно меньшем, чем длина волны в вакууме. Хотя соединение давно известно науке, надежно изготовить его на наноуровне раньше не удавалось. Команда вырастила атомарно тонкую пленку и с помощью нанопечати создала в ней периодическую решетку. Ее геометрия рассчитана так, чтобы преодолеть дифракционный предел — барьер, который обычно мешает сжать свет сильнее, чем его собственная волна. Такая конфигурация позволяет буквально «замыкать» излучение внутри наноструктуры.
Связанное состояние в континууме
Помимо материала, потребовался еще один физический эффект — так называемое связанное состояние в континууме (BIC). Это явление, при котором световые волны остаются запертыми внутри структуры благодаря деструктивной интерференции, даже несмотря на то, что рядом распространяются волны, которые «идут наружу». Чтобы BIC сработал, решетку нужно точно рассчитать и изготовить — исследователи тщательно смоделировали структуру, прежде чем построить ее физически.
Что это дает на практике
Это шаг к созданию компьютеров, использующих свет вместо электричества. В отличие от современных ПК, которые нагреваются и теряют энергию из-за сопротивления металлов, фотонные процессоры будут обрабатывать данные со скоростью света. Удержание фотонов в ловушках толщиной 42 нм доказывает, что такие компоненты могут быть даже компактнее современных микросхем. До массового внедрения еще далеко: сам процесс выращивания пленок пока несовершенен — команде приходилось полировать материал шелковыми салфетками для достижения атомарной гладкости и устранения неровностей. Однако исследователи уверены, что подход можно развить дальше и распространить на другие материалы из семейства переходных металлических дихалькогенидов (TMD) — схожих сверхтонких структур с аналогичными свойствами.
Источник: sciencealert.com
