Технология улавливания света может привести к созданию настольных ускорителей частиц

Исследователи из Массачусетского технологического института, создавшие в прошлом году материал, способный улавливать и останавливать свет, теперь разработали более фундаментальное понимание процесса.

Новая работа, способная объяснить некоторые основные физические механизмы, показала, что данное поведение связано с широким диапазоном других очевидно несвязанных явлений.

Результаты опубликованы в издании Physical Review Letters.

Обычно свет можно ограничивать лишь зеркалами, либо с помощью специальных материалов, таких как фотонные кристаллы. Оба подхода блокируют лучи света. Прошлогоднее открытие представило новый метод, с которым волны уравновешивают собственные области излучения. Новая работа показала, что этот процесс улавливания света, включающий закручивание направления поляризации света, основан на типе вихря; подобный феномен стоит за множеством явлений, от торнадо до водной воронки.

Помимо раскрытия механизма, ответственного за улавливание света, новый анализ показал, что состояние ловушки намного более стабильно, чем считается, благодаря чему его легко производить и сложно нарушить.

«Это состояние ловушки считается весьма хрупким и непонятным», сказал постдок Бо Чжень. „Однако, как выясняется, оно вполне может существовать“.

В наиболее естественном свете направление поляризации, которое вполне можно понимать как направление вибрации световых волн, остается неподвижным. Этот принцип позволяет поляризовать, например, темные очки: свет, отраженный от поверхности, выборочно поляризуется в одном направлении; иногда этот отраженный свет может блокироваться поляризационными фильтрами, расположенными к нему под прямым углом.

Однако в случае с улавливающими свет кристаллами световые волны, которые поступают в материал, поляризуются так, что формируют завихрение, сказал Чжень, и направление поляризации меняется в зависимости от направления луча.

Поскольку в каждой точке завихрения поляризация различается, она производит сингулярность, также известную как топологический дефект, и ее центр, улавливая свет точно в этой точке.

Постдок Чиа Вей Сю сообщил, что феномен позволяет производить нечто под названием векторный луч, специальный тип лазерного луча, потенциально позволяющий создавать небольшие ускорители частиц. Подобные устройства могут использовать эти векторные лучи для разгона частиц и сталкивания их друг с другом; возможно, в будущем это позволит проводить высокоэнергетические эксперименты буквально на столе, в то время как сегодня для них требуются большие туннели шириной несколько миль.

Открытие также легко позволит реализовать получение изображений со сверхвысоким разрешением (с помощью метода под названием микроскопия стимулированного истощения эмиссии) и может допустить отправку гораздо большего количества каналов данных через единственное оптическое волокно.

«Эта работа — большой пример того, как предположительно хорошо изученные физические системы способны содержать в себе богатые и неоткрытые феномены, которые легко выявить, если копнуть в нужном направлении», заключил доцент Ий Дон Чон из технологического университета Наньяна в Сингапуре, не принимавший участия в исследовании.