Свет поймали в идеальную наноловушку

ТАСС, 17 января. Ученые создали наноструктуры из полупроводников, которые могут удерживать свет рекордно долго. Эти частицы могут помочь создавать компактные детекторы различных молекул, а также превратить очки и стекла машин в системы ночного видения, пишет пресс-служба Университета ИТМО со ссылкой на статью ученых в Science.

"За счет способности эффективно изменять длину волны света разработанные нами резонаторы можно использовать для создания приборов ночного видения. Для этого можно нанести наши цилиндры на очки или на лобовое стекло автомобиля. Они не будут видны глазу, но позволят видеть в темноте много лучше, чем мы видим своими глазами", - прокомментировал работу один из ее авторов, физик из Университета ИТМО Кирилл Кошелев.

Видимый свет и прочие типы электромагнитных колебаний переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее, чем электрические сигналы. Поэтому высокоскоростные системы связи работают на оптоволокне и лазерных излучателях. Инженеры и физики давно пытаются заменить на них "начинку" вычислительных приборов, но пока это не получается сделать из-за того, что движением света очень сложно управлять.

В частности, ученые пока не сумели заставить конкретную световую волну существовать бесконечно долгое время. Во время движения импульс света или затухает, или рассеивается, что не позволяет хранить данные в виде частиц света или временно "останавливать" их движение при обработке информации.

Эту проблему можно решить двумя путями: заставить свет двигаться по кругу, удерживая его в одной точке, или же затормозить его движение до почти нулевой скорости. Пока и тот, и другой подход нельзя использовать на практике. При удерживании света на месте он постепенно гаснет, а его торможение работает в очень экзотических условиях, которые часто почти невозможно достичь.

Идеальная ловушка для света

Кошелев и его коллеги из России, Австралии и Южной Кореи значительно продвинулись в первом направлении, создав особые оптические нанорезонаторы. Они могут удерживать свет внутри себя рекордно долгое время, при этом отличаются очень небольшими размерами. Последнее крайне важно с практической точки зрения, так как существующие ловушки для света были слишком большими, чтобы их можно было встроить внутрь компьютерных чипов.

Российские, южнокорейские и австралийские физики решили эту проблему при помощи наночастиц, которые по форме похожи на толстые цилиндры, диаметр и высота которых составляли несколько сотен нанометров. Их сделали из арсенида галлия - полупроводникового материала, который необычно хорошо взаимодействует с инфракрасным излучением.

Подобрав особую форму этих цилиндров, которая помогает появляться особым электронным волнам внутри полупроводника, исследователи добились того, что эти структуры начали поглощать и удерживать свет примерно в двести раз дольше, чем длится одно колебание световой волны.

Как отмечает Кошелев, это на порядки больше, чем удавалось достичь при помощи других ловушек для света, что открывает массу новых практических возможностей. Эти наночастицы, по словам исследователей, можно изготавливать не только из арсенида галлия, но и кремния и других материалов, что также расширяет спектр их применения.

"Если резонатор может эффективно удерживать свет, то при размещении, например, молекулы рядом с таким резонатором эффективность взаимодействия света с ней возрастает на порядки, и присутствие даже одиночной молекулы может быть легко обнаружено в эксперименте. Этот принцип можно использовать для создания очень чувствительных биологических сенсоров", - подытожил физик.