Физики задержали радугу на поверхности металла

«Эффект захвата радуги» на металлической наноструктурированной решётке, по мнению авторов опыта, открывает дорогу экзотическим устройствам для скоростной связи и хранения информации. Что важно: новая система работает в видимом диапазоне волн и при комнатной температуре.

Ведущий автор эксперимента (на фото) объясняет его цель так: создание скоростной оптической связи, в которой данные передавались бы на разных длинах волн. Одно из узких мест такого комплекса — обработка и преобразование сигнала. Если бы свет можно было тормозить и захватывать, это облегчило бы задачу чипов, расшифровывающих входящий поток (иллюстрация University at Buffalo).

Ловушку для света построили Цяоцян Гань (Qiaoqiang Gan, на снимке под заголовком) из университета Буффало (University at Buffalo) и его коллеги из университета Лехай (Lehigh University).

Для пленения фотонов учёные использовали плазмонные наноструктуры. Это были вырезанные на поверхности металла регулярные наноразмерные канавки различной глубины и с различным шагом. Они меняли оптические свойства материала.

Этот рисунок отражает измеренное в опыте рассеивание падающего света с разными длинами волн (они меняются по вертикали) на решётке с канавками с фиксированной шириной 150 нм и глубиной 30 нм, но с варьируемым шагом (400-800 нм) (иллюстрация Gan et al./PNAS).

Фактически поверхность была обработана так, чтобы тормозить свет. Благодаря этому стало возможным поймать несколько длин волн на одном кристалле, тогда как обычные методы могут ловить лишь одну длину волны в узком диапазоне. «Свет быстр, но я создал структуру, способную значительно замедлить широкополосное излучение, — говорит Гань. — Словно я могу удержать свет в руке».

Секрет работы устройства заключён в плазмонном резонансе (связанных волнах электронного газа), возникающем при падении фотонов на поверхность пластины.

Результат впечатляет: «Свет с различными длинами волн в области 500-700 нанометров был „захвачен“ на разных позициях вдоль решётки», — рассказывают авторы эксперимента в статье в PNAS.

Со слов Ганя, пока таким методом удалось устроить западню для световых волн от красного до зелёного участка спектра, но группа работает над расширением диапазона. «Мы хотим заманить в ловушку всю радугу», — говорит Цяоцян в пресс-релизе университета Буффало.

Для дальнейших опытов с наноструктурированной решёткой и уточняющих измерений параметров её работы исследователь намерен использовать источник ультракоротких импульсов света.