Учёные поймали свет в ловушку в 2000 раз тоньше человеческого волоса

Учёным удалось заключить лучи инфракрасного света в решётку из специально сконструированных атомов толщиной всего 42 нанометра. Это примерно в 2000 раз тоньше человеческого волоса.

Это впечатляющее достижение, совершённое под руководством команды из Варшавского университета в Польше, способствует прогрессу в области световой электроники, поскольку технологические компоненты продолжают становиться всё меньше и точнее.

Это также заметный прорыв в изучении инфракрасного света, который имеет более длинные волны, чем видимый свет. Способность удерживать инфракрасный свет в крошечных пространствах важна для развития физики.

Ключ к проведённому эксперименту заключается в материале, использованном для решётки, удерживающей свет. Она изготовлена из слоистых атомов молибдена и селена, образующих ультратонкую структуру диселенида молибдена (MoSe₂).

Эта особая химическая структура максимизирует показатель преломления решётки — её способность изгибать и замедлять свет, делая его доступным для удержания.

Хотя уже давно известно, что MoSe₂ обладает высоким показателем преломления, ранее было проблематично надёжно изготавливать его в таких малых масштабах.

В этом новом исследовании учёные использовали метод атомной «печати», известный как эпитаксия из молекулярного пучка, для создания листов MoSe₂. Помимо выращивания листов, исследователи также вырезали в них микроскопические полоски — с зазорами, меньшими, чем длина волны инфракрасного света (субволновые), — способные удерживать фотоны.

Чтобы это сработало, потребовался ещё один физический приём, называемый «связанным состоянием в континууме» (ССК). Это явление, при котором, в данном случае, световые волны удерживаются внутри материала, сосуществуя параллельно с другими волнами, которые излучаются наружу.

Чтобы создать ССК, материалы необходимо очень точно спроектировать. У этой сложной физики есть потенциальные практические применения. Учёные продолжают исследовать идею оптических вычислений — где фотоны света заменяют электроны и электричество, — что может значительно повысить скорость обработки данных при одновременном уменьшении размера компонентов.

Хотя до того, как оптические вычисления станут реальностью, предстоит преодолеть ещё много препятствий, подобные демонстрации показывают, что улавливание и манипулирование светом с необходимой степенью точности вполне возможно — причём на самых крошечных масштабах.